При строительстве стволов в зависимости от глубины и начальной температуры пород применяют следующие схемы замораживания: на всю глубину (одноступенчатую), многоступенчатую, зональную, локальную.

При одноступенчатой схеме ( 9.2, а) замораживание осуществляют сразу на всю глубину водоносных неустойчивых пород. Для этого скважины бурят сразу на требуемую глубину, а замораживающие колонки оборудуют только питающей 2 и отводящей / трубами. При этом, в зависимости от направления движения хладоносителя в колонке, различают прямую и обратную циркуляции.

Направление циркуляции хладоносителя в колонке зависит от расположения обводненных пластов пород по глубине. Наиболее распространена прямая циркуляция, когда хладоноситель по питающей трубе подают до дна замораживающей колонки, и затем он возвращается по межтрубному пространству к отводящему патрубку. Прямую циркуляцию хладоносителя следует применять в том случае, когда на глубоких горизонтах встречают более сложные условия. Обычно пласты пород, залегающие на небольшой глубине, имеют более высокие горное давление, естественную температуру, а иногда и скорости движения подземных вод.

При обратной циркуляции подаваемый в межтрубное пространство хладоноситель опускается до дна колонки и по питающей трубе возвращается к ее устью. Обратную циркуляцию хладоносителя рекомендуют при необходимости в первую очередь и в короткие сроки заморозить верхние пласты обводненных пород и начать проходку ствола с условием, что нижние породы будут заморожены за время проходки верхнего участка ствола. Одноступенчатую схему применяют, когда обводненные породы залегают на небольшой глубине от поверхности, имеют мощность не более 120 м и начальную температуру не выше 10 °С.

При многоступенчатой схеме замораживание пород осуществляют последовательными во времени нисходящими ступенями. Для этого с поверхности земли на проектную глубину бурят скважины, которые оборудуют замораживающими колонками. Колонки оборудуют питающей и отводящей трубами ( 9.2, б), которые опускают до намеченных границ 3, 4 ступеней замораживания. Замораживания в пределах каждой ступени достигают благодаря интенсивной циркуляции хладоносителя в ее границах. При этом в вышерасположенных ступенях также происходит теплообмен, но в значительно меньшей степени из-за естественной конвекции. Границы ступеней приурочивают к водоупорным пластам.

Многоступенчатую схему замораживания применяют в том случае, когда мощность обводненных пород, подлежащих замораживанию, превышает 100 м; обводненные пласты разделены водоупорными породами; обводненные пласты пород, залегающие в верхней толще, содержат пресные, а в нижней толще — засоленные воды; начальная температура горных пород неравномерна по глубине и достигает 25 "С.

При многоступенчатой схеме замораживания обычно применяют прямую циркуляцию хладоносителя в колонках. В отдельных случаях в верхней ступени замораживания применяют обратную циркуляцию, а в последующих ступенях — прямую. При замораживании пород первой ступени хладоноситель подают по питающей трубе до нижней границы первой ступени, затем он поступает по межтрубному пространству к отводящему патрубку. При замораживании пород второй ступени питающая труба служит отводящей, а хладоноситель до нижней границы второй ступени подают по новой питающей трубе.

При зональной схеме ( 9.2, в) замораживающие скважины бурят с поверхности, а процесс замораживания осуществляют только в пределах водоносных пород 7. Для этого вокруг ствола 5 в замораживающих колонках 6 на границе водоносных пород устанавливают специальные диафрагмы 8, которые ограничивают циркуляцию хладоносителя в колонке. Такая конструкция колонок в значительной степени снижает тепловые потери в породах, не подлежащих замораживанию. Локальную схему замораживания применяют в случае, когда водоносные горные породы залегают на большой глубине от поверхности (более 150 м) и имеют мощность, не превышающую 100 м, а вышележащие породы не подлежат замораживанию.

При локальной схеме ( 9.2, г) замораживающие скважины // бурят из забоя выработки 9 через бетонную перемычку 10. Подачу хладоносителя к колонкам осуществляют по трубам от замораживающей станции, расположенной на поверхности. Локальную схему замораживания применяют при глубоком залегании водоносных горных пород 7 и сравнительно малой их мощности или же в случае неожиданного обнаружения пласта водоносных пород в процессе проходки выработки.

Выбор той или иной схемы замораживания осуществляют путем сравнения их технико-экономических показателей.