我国西部地区煤炭资源埋藏较深,虽然上覆的冲积层浅,但基岩含水层多,埋深大,加之基岩软弱,孔隙含水,可注性差,为冻结法凿井技术应用带来新的机遇和新的挑战。按现有设计规范或工程经验,西部高水压基岩段冻结壁和井壁往往设计过厚,井壁混凝土的标号甚至超过C75。如此又厚又高强度的井壁却并未给井筒带来应有的防水和承载效果,井壁仍需反复进行壁间和壁后注浆,既增加了建井工程造价,又延缓了建井施工进度。西部冻结法凿井的“两壁”设计越来越远离工程师在大量实践中的“经验所得”,对于这种照搬东部表土冻结的设计理论存在诸多质疑。针对西部高水压基岩的特点,以内蒙古营盘壕煤矿副井井筒工程为背景,基于现代岩土多场耦合理论和先进的数值计算工具,开展了基于围岩、高水压和井壁的相互作用,冻结井筒特殊温度环境条件下的支护理论研究,为短段掘砌外壁长套内壁施工工艺下的井壁设计和施工安全,提供可靠的力学理论基础。主要研究工作如下:1.考虑围岩与冻结壁的相互作用,进行了平面弹塑性、空间有限段高冻结壁力学分析,研究了其应力场、位移场分布及影响规律,得到了临塑状态相关判别式,并从力学角度解答了作为临时支护的冻结壁和外壁设计及安全评价问题;2.针对冻结立井特殊施工环境,建立了计算结果与实测误差较小的温度场有限元反演方法,掌握了施工期间井壁温度场分布及发展规律;3.进行了施工期间井壁温度应力的产生机理分析和力学模型构建,获得了温度应力、应变解析表达式,并进行了算例应用,分析了井壁薄弱点位置;4.建立了温度场和应力场耦合作用的井壁永久支护力学模型,获得了应力场和位移场分布表达式,基于第三强度理论推导了新的高水压基岩段井壁设计公式,得到了允许的井壁最大降温值计算式和极限设计深度计算式;5.基于施工期间实测数据分析和有限元数值计算,掌握了施工期间井壁应力、应变分布和变化规律,并与实测进行了对比分析;最后从温度应力的产生机理和施工工艺的角度提出了深冻结立井井壁温度应力的防治应对措施。