本文首先分析了国内外矿井高温问题的现状及其危害,指出井下高温热害严重地威胁着矿井的安全生产和工人的身心健康,已经成为制约地下矿山可持续发展的主要灾害之一。矿井内的高温高湿作业环境不仅会诱发各种疾病损害工人的身体健康,还会危害矿井的安全生产,降低工人的劳动生产率进而影响到矿山企业的经济效益。因此,进行矿井降温改善井下气候条件已经成为保障矿山安全生产的一项重要工作。本文较为详细地介绍了包括通风降温、人工制冷降温、人工储冷降温、低温岩层预冷以及个体防护等降温措施,总结了国内外学者在井下风流热交换方面的研究现状和发展水平,根据风流与围岩之间的热交换原理,考虑到理论模型的通用性,使之既描述了风流在水平巷道里与围岩的热交换过程,也描述了风流在倾斜井巷和竖直井筒里流动时与井巷围岩的热交换过程。利用岩层低温效应实现对矿井入风流的预冷降温的关键是计算风流与围岩之间的热交换量,其精确性及繁琐程度直接关系到矿井降温设计的合理性和经济性。由于巷道围岩的岩层是各向异性的,而且岩温和入风流温度是随季节和时间变化的,计算风流与巷道围岩之间的热交换量是一个非常复杂的问题。由于传统的计算方法大都需要进行大量的数值计算,且计算结果并不一定可靠,本文在计算风流与围岩间的冷、热和湿交换时,考虑到用作预冷井巷的废弃井巷中的空气湿度一般不大,为简化模型,忽略风流与井巷围岩间的湿交换,并且不考虑井巷内其它热源的影响,在热交换理论的基础上,应用传热学原理和井巷的调热圈理论,分析了围岩与风流之间的热交换过程,建立起较为合理的热交换模型并求出其解析解,应用于井下风温预测以及深井通风降温的设计和计算,利用岩层低温效应进行对入风流的自然冷却降温,实现矿井降温的节能降耗。在建立了风流与巷道围岩之间热交换理论模型的基础上,对金洲矿业集团金青顶矿区地温预冷井巷的实测数据进行了详细的分析,得出了具体的地温率和气温的变化规律以及变温带、恒温带和增温带的相对位置,并对地温预冷效果进行了经济性分析,为分析和验证模型提供了基础数据和条件。最后,利用金洲矿业集团金青顶矿区地温预冷井巷的实测数据和分析结果对模型进行了验证计算,从而为井巷围岩与风流间冷热交换的计算和井下风流温度预测提供了较为简便和准确的方法。同时,作为比较,运用本文的研究结果对上述预冷系统的冬季工况(地温预热工况)进行了计算和简单分析,结果表明,本文的研究结果对于矿山地温预热系统的设计和计算同样是适用的。