目前,随着我国经济高速发展,地下能源采取需求日益扩大,需建设大量地下空间结构来满足开采需求,由于浅层能源资源日趋枯竭,新建矿井往往具有穿越深厚不稳定地层和裂隙含水岩层,承受巨大地压,周围地质条件复杂等特点,而冻结法凿井具有钻井深度大,适应能力能,既能用于不稳定的含水层,又可用于基岩含水层,对环境影响小等优点,因此被广泛的运用在需穿越深厚表土层的矿井生产中。随着冻结深度增加,井壁易出现裂缝甚至结构破裂带来的突水涌砂等工程问题,当下学者普遍认为是含水层水位下降,土体固结压缩,使井筒受到一个相当大的沿纵向向下的摩擦力,这是传统井壁设计中忽略的关键因素,即井壁是在竖向附加力和水平地压综合作用下产生应力大于井壁强度,井壁发生破坏。本文以板集煤矿主井破裂为工程背景,采取对破损部分进行内套内层钢板高强度混凝土复合井壁,运用解析法计算分析和有限元软件ANSYS研究复合井壁是否满足工程强度要求,并得到内层钢板和混凝土随竖向荷载增加所产生的应力、应变变化情况,并在井壁修复完成后,采取模糊数学理论评判井壁修复效果,为其余的井壁破损工程实际问题提供参考借鉴。具体研究内容可概括以下几个方面:第一、建立了内层钢板高强度钢筋混凝土复合井壁解析法计算模型,根据应力叠加原理,分析出井壁破碎主要是由竖向附加力和水平地压综合作用下引起的,其中竖向附加力是导致煤矿开采期间井壁破坏的主要因素,而通过抵抗或分散竖向荷载是可大大减少由上覆土层沉降导致井壁破坏的概率。第二、建立内层钢板高强度钢筋混凝土复合井壁有限元模拟模型,分析内层钢板和混凝土随外部荷载增加所产生的应力、应变变化情况,得到解析法求解结果与数值模拟结果比较吻合,说明用数值模拟分析研究复合井壁是可行的,并用数值模拟结果回归分析得出复合井壁的竖向极限承载力与混凝土强度、厚径比和钢板厚度和钢板屈服强度函数关系式。第三、基于模糊数学理论和层次分析法,建立井壁修复效果综合评价模型,对定量和定性指标分别采取不同的隶属函数,对板集煤矿主井破损部分采用内层钢板高强度钢筋混凝土复合井壁修复方案进行评判,其评价结果为良,即修复方案有些许问题,但不需要无需进行较大整改,后续安全生产工作可继续实施。