随着经济的快速发展,我国对于能源的需求量随之加大,加之我国中、东部矿区可开采的煤炭资源愈来愈少,所以煤矿建设的重点地区和煤炭主产区逐渐发展为西部地区。西部矿区普遍采用冻结法凿井,在冻结井壁结构设计方面,现有的设计规范和设计手册中的参数都是针对中、东部的,采用它们来设计西部全基岩冻结井壁缺乏针对性。本文以内蒙古红庆河煤矿冻结法凿井为研究背景,用外层井壁受力的理论分析和室内冻胀试验相结合的分析方法表明,西部地区白垩系和侏罗系地层的冻胀率及冻胀力均很小,由此提出了西部地区深基岩冻结法凿井外层井壁结构的设计及优化方案,即外层井壁的设计主要控制条件为井壁结构的稳定性要求。通过模型试验得到外层井壁结构的应力、变形和强度特征,搞清了其力学机理,试验的得到的井壁最小极限荷载,大于冻结岩层时产生的冻胀力,论证了井壁优化设计方案的可行性。最后对优化后的井壁模型进行数值分析,进一步研究了外壁的受力特征,得到了丰富的数值模拟数据及结果图,分析结果再次论证了外层井壁优化方案确实可行。用本课题的研究结果结合以往西部地区冻结法施工中的实测数据和工程资料,可以为西部煤矿采用冻结法凿井冻结参数取值和井壁设计参数选取提供合理的依据。