矿区的煤炭开采都伴随着各种各样的安全问题,如立井井筒损坏、周边围岩破裂、井孔塌陷、井内涌砂等影响立井工程施工稳定与安全的破坏现象就在很多矿区都接连多次发生过。而陕西省西部煤矿处于第四系砂层,具有岩体结构松散、透水性大、无粘性等特点,故设置有放置钻头、承受钻机以及维护井口稳定防止井帮坍塌的钻机基础结构。但目前对于西部煤矿立井钻机基础的相关研究很是少见,而钻机基础对于减少井筒受力破坏的程度,保证井筒施工中的工作安全、减少立井建设造价等方面又有着重要作用。因此,将西部煤矿历经钻机基础作为研究对象来研究其结构受力特征与优化就具有其现实意义,可为类似项目提供相关理论价值与参考意义。本文以陕西省榆林市可可盖煤矿钻机基础立井施工为工程依托,采用理论分析、试验与数值模拟相结合的研究手段,展开煤矿立井钻机基础结构受力特征与优化的研究。主要研究如下:（1）通过既有荷载计算原理在分析钻机基础的受力结构下推导出新的荷载计算公式。然后进行实例分析与比较,得出推导公式计算值随井筒深度的变化趋势与原公式土侧压力分布规律一致,且较之原公式的土侧压力值偏大而随着井筒深度的增加二者之间的差值也在加剧。后通过与室内模型试验的土侧压力值数据进行对比可知,在同样的条件下,推导公式计算值与试验数据值更为贴合,从而验证了推导公式的适用性与正确性。最终得到钻机基础立井的荷载计算公式。（2）利用室内模型试验方法对回风立井钻机基础下的施工进行试验方案的设计并通过试验得到工况一（锁口基础下施工）、工况二（立井井壁）、工况三（钻机基础结构）下立井开挖受力与变形的试验结果。然后进行分析比较得出钻机基础立井的受力分布规律与常规立井基本一致都是随着立井深度的增加而增加,类三角型分布。同时在同一水平剖面的受力分布均匀数值一致。比较不同工况下受力的最大值可知,较之工况二,钻机基础结构使得立井受力削减1/4左右。（3）应用MIDAS GTS/NX软件对立井施工过程进行数值模拟的建立,对工况一、二、三的立井施工过程进行有限元数值模拟的数据分析,得出不同工况下的受力变形情况与分布规律。地表沉降与井底隆起的变化趋势在不同工况下都是随着钻井深度增加而逐渐变大,呈抛物线型分布。对比发现工况一的井底隆起值大大超出了工程规定的施工变形量,工况二的井底隆起比起工况一减少了50%左右但依然未满足规范允许值。最后,工况三较之工况一、二使得隆起值大大降低且达到规定允许变形量内。同时,工况二、三的应力分布规律都呈类三角型分布。后与试验结果的应力值进行对比验证,试验模型的应力值要偏小,应力变化规律一致,随深度亦呈现类三角型非线性变化在同一水平剖面分布均匀大小一致。考虑一些误差与影响因素,可认为在误差允许的范围内二者结果是相等的,这也就证明了试验模型与数值模拟的准确性与可靠性,其研究结果可具有参考性。（4）通过数值模拟软件模拟不同壁厚下立井施工的过程,在原钻机基础方案上分析优化措施井壁厚度为0.8m和井壁厚度1.0m的受力变形结果得出井壁应力的大小会随井壁壁厚的减少而增加,与原方案相比,采取咬合桩壁厚1.0m、0.8m的加固可使地表沉降减少,井底隆起减小12%,井壁应力增加16%与46%。最终,综合比较可得本文对钻机基础结构的优化措施采用壁厚1.0m最好,既满足工程的施工安全又减少了工程造价,提升了经济性。图[53]表[10]参[53]