全深冻结法是复杂含水岩层中最主要的凿井工法,在近年来的推广应用过程中,发生了十余起因冻结孔导水而导致的重大淹井灾害。国内外皆有因不能实现冻结孔全长固管封水,而导致的冻结孔导水工程事故。为了开发冻结孔全长固管封水新技术,本文采用数值模拟和物理模拟方法,研究固管封水新工艺及其过程中流体的流动与混合规律。首先,研究提出了一种利用冻结器进行冻结孔全长固管封水的新工艺,并对配套的冻结管上端快速密封装置和冻结管下端的逆止压浆装置进行了初步设计。该工艺具有可控性强、节省工期与费用、效果可靠等优势。其次,利用数值模拟方法,研究掌握了在该新工艺的压浆、压水和洗管这3个阶段,水泥浆、水和泥浆这3种流体的流动与混合规律。在压浆阶段,研究获得了冻结孔-冻结管-供液管的直径组合、压浆流量、冻结孔壁的粗糙度、冻结管的偏心率、冻结孔的孔径变化率以及冻结孔的偏斜率等因素下,影响水泥浆、水和泥浆流动与混合的规律。并发现:冻结孔、冻结管、供液管内的压力都遵从先减小、后增大的变化规律;紊流状态下流体的驱替效果好;冻结管在冻结孔中的偏心率小时固管效果好。在压水阶段,研究了不同流量条件下流体在冻结管内的混合规律,表明:层流状态下供液管内水与水泥浆混合段的高度较紊流状态小;在压水时加入隔离液能显著减小水与水泥浆混合段的高度。另外,在洗管过程中分别研究了正、反洗管循环条件下冻结管内流体的流动规律,建议采用反循环洗管方式。最后,推导了相似准则,研究配制了透明的相似泥浆;针对主要影响因素,采用物理模拟方法,研究了冻结孔固管工艺过程中水泥浆、水和泥浆的流动与混合规律。实验结果表明:从供液管压入的水泥浆能充分地驱替钻孔泥浆,采用反循环洗管方式可较迅速地清洗掉供液管内的残留水泥浆,从而验证了冻结孔全长固管封水新技术的可行性。本文的研究成果,对发展和完善全深冻结法凿井技术有重要实用价值。