人工制冷是通过冻结站的氨循环系统、盐水循环系统和冷却水循环系统来实现的。通常使用氨作为制冷剂，利用氨由液态变为气态吸热的原理达到制冷的目的。液态氨吸收蒸发器周围盐水的热量，变为饱和气态氨，经压缩器压缩变为过热蒸气氨，进入冷凝器中与冷却水进行热交换，又变为液态氨，经调节阀降压后回到蒸发器中重新气化，构成氨的循环系统。

冻结凿井法示意图

1862年，英国首先将人工制冷方法用于基础工程。1883年，德国最早用人工冻结法开凿竖井。德国、英国、波兰、加拿大、比利时等国家冻结法凿井深度均达到600米。1955年，中国和波兰合作，首次在中国开滦林西煤矿开凿风井中应用冻结凿井法。至2016年，应用冻结凿井法施工了900多个竖井井筒，累计冻结井筒延米超过150千米，最大冻结深度950米，最大井筒净直径10.5米。冻结凿井法是中国应用最广泛的井筒特殊施工方法。

冻结凿井法施工方案包括一次冻结全深、差异冻结、局部冻结和分期（段）冻结。施工工序包括钻孔与安装冻结管、制冷及冻结地层形成冻结壁、井筒掘砌，过程为：①在井筒周围钻若干冻结孔，孔内安装由供液管、回液管和底端封闭的冻结管组成的冻结器。②地面冷冻站将制出的低温媒剂（一般为-20～-30℃的盐水-氯化钙溶液）循环输送到冻结器内，吸收地层的热量，使含水层形成以冻结管为中心的冻结圆柱，逐渐扩大与相邻的冻结圆柱连成封闭的冻结壁。③冻结壁达设计厚度后，即可进行井筒掘砌作业，直到顺利穿过不稳定地层为止。④掘砌工作完成后，拆除冷冻站，拔出冻结管，充填冻结孔，冻结壁自然解冻，恢复地层初始状态。从冻结开始到井筒周围所有冻土圆柱相交、连接且形成达到设计厚度、强度冻结壁所需的时间，称积极冻结期。掘砌时期须部分供冷，维护冻结壁，称维护冻结期或消极冻结期。

冻结法既能用于不稳定的含水层，又可用于基岩含水层；既可以应用于竖井井筒，又可以应用于斜井井筒、平巷及风道口工程。虽然需用设备较多、工期长、工作条件较差、成本较高，但安全可靠，施工技术成熟，被广泛应用于矿山井巷工程，并已在城市地铁、港口、桥涵、大容积地下硐室以及高层建筑物的深基础工程中应用。

矿井冻结施工现场