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深部矿井或地热异常区矿井的井下热害问题日益突出,表现为高岩温、高地温梯度、高大地热流及高热高湿风流等特点,此外,部分矿井热环境受地热水上涌影响。地下水作为热的载体通过热传导及热对流的形式传热及聚热,将明显改变裂隙围岩温度场特征,地热水流入巷道与空气直接接触将加剧矿井热环境的恶化。因此,研究地热异常型矿井裂隙岩体水热运移机理对矿井热环境控制至关重要。论文开展了不同粗糙度、隙宽、流速及水-岩温度下的单裂隙渗流及水-岩对流换热试验,模拟了对流换热系数动态作用下的裂隙网络渗流-传热过程,揭示了深循环地下水在裂隙岩体中的传热及聚热机理;研究了深循环热水上涌对高地温矿井热环境的影响;基于裂隙岩体水热运移机理及热害形成机制,提出了地热异常型矿井的热环境控制策略。主要成果如下:1)调研了矿井热害现状,基于地热地质及水文地质分析,揭示了矿井热害形成机制;开展了高地温及淋水条件下围岩-风流换热换湿的井巷相似模拟试验,研究了深循环热水上涌对高地温巷道热环境的影响。主要成果:（1）以温度场传热模式为标准,将矿井热害的形成机制分为深源型热害、岩温地热异常型热害及热水地热异常型热害。（2）淋水温度和流量直接影响风流系统换热量。（3）高淋水温度使过淋水段各点的显热和潜热在不同时间段内增长速率存在差异。2)研制了裂隙岩体渗流试验系统;研究了不同裂隙表面粗糙度、法向有效应力及流量下的流体渗流特性,揭示了粗糙度、隙宽等因素对裂隙水渗流的影响机理。主要成果:（1）裂隙变形过程符合Barton-bandis方程。（2）裂隙粗糙特性使流体因惯性效应产生额外压损;裂隙隙宽减小或表面粗糙度增大,流体更容易出现超压降现象,使裂隙过水能力减弱;波浪型裂隙的JRC值越大,压降越大;平面型裂隙的压降随裂隙轮廓峰角度增大而增大,但是随轮廓峰峰高变化存在拐点。（3）明确了裂隙水渗流在层流范围内的流态分类,提出了流态判断方法,理论和试验验证了上述流态分类方法及流态判断方法的可靠性。（4）改进了达西与非达西流的临界点判断准则。（5）研究了不同流态区域内裂隙水渗流运动规律。在前达西区,流体运动满足Izbash方程;在达西区,用相对粗糙度修正了立方定律;在后达西区,流体运动满足无量纲化后的Forchheimer公式,用相对粗糙度表征了公式的线性项和非线性项,并揭示了无量纲化后的Forchheimer公式在不同条件下的物理意义。3)研制了裂隙岩体渗流-传热试验系统;开展了不同入口水温、隙宽、流速、迂曲度和岩温下的粗糙单裂隙水-岩对流换热试验。主要成果:（1）推导了水-岩界面对流换热系数的计算方法。（2）研究了裂隙沿程水-岩温度瞬态变化规律与稳态分布规律。大流量流体可以在短时间内带走大量热量,但是随后会进入衰减阶段和平稳阶段;小流量流体带走热量相对较少,但是吸热量能在更长时间范围内保持稳定。稳态后裂隙沿程水温在高流速下满足线性分布,在低流速下满足非线性分布。（3）入口水温减小或隙宽增大,吸热量与对流换热系数线性增大;吸热量与对流换热系数随流速的变化曲线被突变阈值划分为吸热激增区和吸热平缓区,该阈值不随迂曲度和岩温改变,阈值两侧区域的曲线形态和斜率有明显差异;吸热激增区及平缓区内变量间相互影响导致水-岩换热被强化或弱化。（4）以边界层理论为桥梁,确定了适用于工程领域的水-岩换热特征数方程。4)基于粗糙度修正后的达西公式、无量纲化后的Forchheimer公式及水-岩换热特征数方程,建立了对流换热系数动态作用下的裂隙网络渗流-传热模型;以压力降和对流换热系数为桥梁,开展了不同渗透压差、对流换热系数及岩体物性参数（包括初始岩温、裂隙密度及粗糙度）条件下的裂隙网络渗流-传热数值试验,揭示了深循环地下水在裂隙网络结构岩体中的传热及聚热机理。主要成果:（1）相同渗透压差下,裂隙网络渗流中的Forchheimer流比达西流的压损更大,区域平均流速更小。（2）渗透压差增大,裂隙岩体温度场的冷锋面加速移动。（3）岩体物性参数对裂隙网络渗流-传热影响明显。（1）裂隙岩体的初始岩温决定地下水深循环后的升温幅度;（2）裂隙密度增大,水-岩换热的有效面积增大,总换热功率和总换热量增大,但同时存在换热“短路”的风险;（3）粗糙度对水-岩换热同时具有正负效应。粗糙度增大,流体渗流路径变长,对流换热系数增大;然而,较大粗糙度的裂隙网络中Forchheimer流的压损更大,区域平均流速减小,水-岩换热强度减小。5)构建了淋水巷道末端风流温-湿度预测的机器学习模型;基于裂隙岩体水热运移机理及热害形成机制,提出了地热异常型矿井的热环境控制策略;设计了裂隙岩体“复合阻热圈”阻水隔热结构,通过数值模拟揭示了该结构的阻水隔热机理及降温效果。主要成果:（1）建立的PCA-LSTM-GA模型在淋水巷道末端风流温-湿度预测方面性能良好。（2）提出了地热异常型矿井的热环境控制策略。在热异常巷道中布置“复合阻热圈”结构,在阻水的基础上控制围岩散热。（3）对比了无涌水条件及涌水条件下的风流温度场,对比了喷-注浆层工艺参数及材料参数改变后的风流温度场,揭示了“复合阻热圈”结构的阻水隔热机理。（4）计算了不同工况下稳态时的巷道出口风温,发现布置“复合阻热圈”结构后的出口风温比涌水条件下的风温降低了56%,验证了降温效果。该论文有图174幅,表29个,参考文献210篇。