目前，冻结法凿井已成为立井掘进通过不稳定表土层最有效的施工方法之一。随着冻结深度的增加和冻结时间的延长，冻结壁进入掘进荒径，甚至井筒冻实，人工破土难度大、效率低，严重影响了掘进速度。但由于担心爆破会造成冻结管断裂，且又没有现成成功的冻土爆破研究和实践经验可循，致现场立井冻土施工中采用爆破方法的仍很少；仅有的极少数冻土爆破施工中，爆破参数的选择也具有很大的盲目性，缺少科学依据。因此，研究立井冻土爆破机理和爆破参数是很有必要的。本文在对典型人工冻土力学性能进行测试并对冻土爆破机理开展理论分析的基础上，以量纲分析和相似理论为指导，在国内首次对立井冻土爆破问题开展了系统的理论和模型试验研究，以期寻求立井冻土爆破合理的爆破参数，实现提高炮眼利用率和井筒成型质量、改善破碎块度、减轻爆炸应力波和爆破震动对冻结管和冻结壁影响的目的。 以立井不稳定表土层中常见的冻结砂土为原型，对立井冻土段浅眼多循环爆破法施工时的掏槽形式和掏槽参数、光面爆破装药结构和光面爆破参数、崩落爆破炮眼布置等进行模型试验研究，最后将模型试验的结果应用到了立井冻土爆破施工实践中进行验证并进一步对爆破参数优化完善。 在掏槽爆破研究方面，本文根据冻土介质的低阻抗特性，提出了槽腔裂隙形成和发展是爆炸应力波和爆生气体膨胀综合作用结果的观点，并以此为出发点建立了有关掏槽参量的计算公式，与相应的试验研究相结合得出较为合理的掏槽爆破参数为：掏槽眼深度应超出其他炮眼200mm，掏槽眼圈径1.0～1.2m，眼距500～700mm，掏槽爆破设计炸药单耗2.2～2.8kg/m3。 对于周边光面爆破，本文根据冻土塑性变形较大、对爆炸波吸收能力较强等特点及空气不耦合装药结构原理，研究和论证了周边光面爆破应采用径向空气间隙或轴向空气垫层不耦合装药结构，提出了在较大空气不耦合装药系数条件下爆生气体的膨胀致裂对光爆断裂面发展起主导作用的思想，并以此为出发点建立了有关光面爆破参量的理论计算公式，与试验研究相结合得出较为合理的光爆参数为：最小抵抗线500～600mm，周边眼眼距500～700mm，炮眼密集系数0.8～1.2，周边炮眼装药集中度150g/m左右。 在崩落爆破参数研究方面，本文借鉴露天宽孔距小抵抗微差爆破及立井基岩段大孔距崩落爆破的原理。大胆地提出了增大炮眼密集系数以改善冻土崩落爆破破碎效果的思想方法，并与试验研究相结合得出了较为合理的崩落爆破参数为：炮眼眼距700～800mm，最小抵抗线550～700mm，炮眼密集系数1.5～2.2。 在立井冻土爆破延迟时间研究方面，本文指出了直接借用露天爆破25ms段间延迟间隔是不合理的，并结合立井冻土爆破炮眼底部夹制作用较大的特点，在理论上建立了冻土爆破各类炮眼间起爆延迟间隔时间的计算结构模型，同时给出了各种情况下的合理延迟时间。 本文通过理论分析和试验研究认为，由于冻土有较大的塑性变形，为提高炸药爆炸能量的有效利用率和减少对冻结管和周边冻结壁的破坏，应采用低爆速高威力炸药，目前煤矿井下常用的2号岩石铵梯炸药较为适宜并且具有良好的抗冻性。又据冻土的可钻性变化大，冻实后强度变化也大的特性，建议采用风动凿岩机和煤电钻联合的钻眼方式，呈脆性的土层可用风动凿岩机钻眼，而遇粘性的软弱夹层时，则采用煤电钻钻眼。 试验研究成果为立井冻结表土层掘进爆破施工提供了有益的参考。