近年来矿业生产安全事故频发,矿井巷道的通信作为全局调度、前线指挥、安全监控的必要手段,作用日益凸显。对于现有的无线通信系统,由于矿井巷道所处环境特殊,巷道四壁及矿井内不规则分布的物体会引起信号频繁的反射、绕射、散射、吸收,产生显著多径效应的同时,还会使信号快速衰减而大大缩短传输距离。因此,综合考量矿井巷道环境中影响无线通信的各类因素,提出一个适用于该环境的无线通信模型迫在眉睫。为此,本文基于多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）技术能够建立多路并行传播信道,大大提升无线通信质量和效率的优点,结合几何随机信道模型（Geometry Based Stochastic Model,GBSM）构建了适于矿井巷道无线通信的模型,并进行仿真分析,为其实际应用提供了理论支撑和功能参考。为此,本文进行了如下工作:首先,基于矿井巷道所处的特殊环境,对其不同于路面、影响无线通信的因素进行了理论分析,对无线信号的传播特性、MIMO信道建模方法及典型的2D和3D MIMO信道模型进行了研究,明确了采用基于GBSM矿井巷道MIMO信道建模的可行性与优越性,为后续建模分析提供了理论基础。其次,提出了基于几何的矿井巷道2D MIMO信道模型。将巷道内部接收端的周围的局部散射体建模为GBSM的单圆环模型,将单圆环模型分别进行半圆环散射场景、单线散射场景以及单圆环复合场景建模,根据几何结构和理论知识进行信道冲激函数和信道相关性的推导,最后分别对半圆环散射场景、单线散射场景以及单圆环复合场景三部分进行了仿真分析。仿真结果显示莱斯因子以及天线间距对信道相关性的影响规律符合理论要求,证明2D模型矿井巷道模型存在一定合理性,并且2D MIMO单圆环信道模型能够很好的反映出巷道内部散射体的分布特征和矿井巷道的复杂环境,可以作为矿井巷道MIMO信道的模型。最后,为了进一步提高反映矿井巷道结构特征的准确性和优化模型,提出基于几何的矿井巷道3D MIMO信道模型。根据目前常见的几种巷道形状,分别将巷道内部接收端的周围的局部散射体建模为半圆柱模型、半球模型、复合模型以及石门式模型,对3D模型的信道冲激函数和信道相关性理论推导,最后对其仿真分析。得到了在半圆柱模型,半球模型,复合模型以及石门式模型中,莱斯因子、天线间距以及角度扩展和信道相关性的关系的结论。通过对比2D模型与3D模型,可以看出3D模型各分量的相关性与2D模型对应的分量的相关性能够吻合,证明了3D模型扩展的正确性并且在3D MIMO信道模型中,对垂直维的重要变量进行了建模,从而更加准确地模拟出2D环境下的信道模型。因此,3D模型同样可以作为矿井巷道MIMO信道的模型。