竖井工程遇到深厚第四系流砂层时容易出现井筒破裂等地质灾害，这种灾害轻者造成井壁变形、渗水，重者造成卡罐、涌水涌沙，甚至停产。因此研究深厚第四系流砂层下竖井的稳定性具有重要的理论意义和实用价值。本文以甘肃省窑泉锰铁铅锌矿探矿竖井为研究对象，采用理论分析与数值模拟相结合的方法，开展井壁破裂机理、探矿竖井支护方案优选以及井壁安全稳定性研究，主要工作如下：（1）通过对竖井井壁进行弹塑性受力分析，推导出井壁围岩与支护相互作用下井壁弹塑性极限承载力公式。对竖井井壁破裂特征进行分析，得出井壁破裂的外部显现规律及内部破裂面发展规律。对矿方提供的矿区岩层土工试验数据进行工程处理，得到探矿竖井井筒所处地层的相关岩体力学参数。（2）利用Flac3D软件对窑泉矿3号探矿竖井开挖活动进行模拟，与工程实际中3号探矿竖井冒落垮塌事故发生位置及现象进行对比，分析在深厚第四系流砂层下井筒的变形破坏机理。（3）对探矿竖井加固利用进行了可行性分析。利用Flac3D软件对1号探矿竖井各支护方案进行模拟，结合理论计算优选出合理的加固利用方案。采用层次分析法建立了探矿竖井井壁安全稳定性评价指标体系。通过计算各影响因素的权重大小排序，得出几个对井壁安全稳定重要性较大的影响因素并结合模糊综合评价法计算得出各支护方案的优劣度。（4）引入突变理论对井壁稳定性进行探讨。通过建立了井筒径向破坏圆环尖点突变模型，对流沙层井壁所能承受的临界压力进行理论计算，得出井壁的临界压力公式。并代入工程实例验算了优选方案的适用性。本文获得国家自然科学基金“二次卸荷条件下岩体流变损伤破坏机理研究（项目编号：51174088）”、“茅口灰岩隐伏承压溶洞围岩时效破断-滞后突水机理研究（项目编号：51274097）”的帮助和支持。