本文通过查阅国内外相关文献,结合我国目前冻结法凿井在煤炭领域的应用现状,运用模型试验、数值模拟的方法对多圈管冻结条件下水分场、温度场以及水热耦合规律的初步研究,进而对某一工程实例冻结方案进行优化设计的初步探索,为我国穿越深厚表土层的冻结法凿井的理论研究和技术进步起到促进作用。利用安徽理工大学冻土研究所自行研制的多圈管冻结模型试验系统,获得了中圈管冻土交圈时间最短,其他依次是外圈与中圈之间、内圈与中圈之间、外圈之间和内圈之间；水分场的分布规律可以划分为三个水分迁移区域：外圈管布置以外和内圈管布置以内的区域,土体含水量冻结后提高约11%、中外圈和中内圈之间的区域,土体含水量冻结后减小约9%、靠近冻结管的区域,其土体含水量冻结后约提高约8%-12%。结合模型试验的设计参数和相关条件,运用大型有限元软件ADINA进行水热耦合的数值模拟,获得了冻结锋面处的温度梯度最大,水分迁移也最剧烈。在整个温度场里,水分的迁移具有不均匀性,水分迁移的主要受冻结降温区域的影响,在冻结锋面处最剧烈。根据某矿风井冻结设计参数,通过数值模拟方法,对多圈管冻结优化设计进行了初步研究,获得了中圈距内圈的距离占内外圈之间距离的比例布置在0.55～0.62之间,可以促使外圈管处水分的最大迁移,有利于减小外圈管处的冻结压力；通过适当延长强化冻结时间,降低冻结壁平均温度,可以弥补冻结壁有效厚度上的不足,提高冻结壁的承载力,减小成本。