本发明提供了一种马蹄形矿硐储气库改造设计方法，所述改造设计方法具体为：基于选择条件选择进行改造设计的马蹄形矿硐空间；采集选择的马蹄形矿硐空间内马蹄形硐室的岩石样本，并获取岩石样本的属性参数，并根据采集到的岩石样本的属性参数建立马蹄形硐室有限元仿真的本构模型；基于本构模型构建硐室动态衬砌结构有限元仿真模型；根据硐室储气库衬砌结构粒子群寻优算法和硐室动态衬砌结构有限元仿真模型获取马蹄形硐室的最佳衬砌结构，基于最佳衬砌结构对选择的马蹄形矿硐空间进行改造建设，得到马蹄形矿硐储气库。本发明通过硐室动态衬砌结构有限元仿真模型和粒子群寻优算法来获取马蹄形硐室的最佳衬砌结构，保障了获取的最佳衬砌结构的合理性。