煤炭是我国的主体能源,在我国一次能源生产和消费结构中的比重分别占76%和69%,但是我国52%以上的煤炭资源埋深达超过1000m,采深大于800m深的矿井,热害问题不解决,就不能正常生产。我国煤炭资源开采已转向深部,而且约92%的煤炭生产是井工开采,随着采掘深度的不断增大与煤矿机械化程度的提高,矿井热害日益严重,对煤矿安全高效生产产生严重影响,成为煤炭行业亟待解决的重大课题。要进行深部煤炭资源开采,必须解决高温高湿的热环境问题,但是这方面研究仍然属于起步阶段,没有形成公认的理论体系,实施工程降温也无有效的理论与技术指导。本论文通过现场实测、热力学和流体动力学理论分析以及CFD数值模拟等手段,系统研究了煤矿回采工作面的主要热源及散热机理、回采面风温预测、回采面高温区温度场、流场分布特征和入口风流热力学状态对回采面热环境的影响,以及工作面喷淋雾化降温优化分析等关键问题,研究结果对高温矿井热害治理具有一定的指导意义。论文的主要成果与创新点如下:(1)运用工程热力学与传热学理论分析了回采工作面热源类型、散热机理及分布特征。计算结果表明围岩散热、机电设备散热和氧化散热为回采面的主要热源,其中围岩散热量和机电设备散热量一般约占回采面总放热量的70%以上。(2)以渗流力学与传热学理论为基础,将采空区散热分为采空区漏风散热、边界对流与氧化散热三部分,提出了求解回采面采空区散热量的解析表达式,为巷道风温预测提供了理论依据。(3)建立了回采面风流与温度耦合场分析的数值求解模型,提出了适用于巷道管流流动的单交错网格数值算法。该方法在求解精度上高于同位网格离散解法,在程序编制和计算时间上优于交错网格。(4)回采面计算流体动力学分析表明,工作面进风、回风隅角处流场形成涡旋,从而增大了风流与热源对流换热时间,并且由于工作面散热量大,回风隅角成为回采面的局部高温区,是热害治理的关键区域。入口风速对回采面热环境影响较大。随着入口风速的增大,工作面高温区域的范围逐渐缩小,温度呈近似线性规律降低。但存在某一临界风速,当风速大小超过临界值时,风速加大对回采面温度场的影响趋弱。(5)利用多相流理论对回采面雾化降温效果进行数值模拟。结果表明,输冷量不变时,喷射角与初始粒径过大会对回采面降温起到抑制作用,雾滴初速度应存在一临界值,当初速度高于临界值时,降温效率逐渐趋于稳定。回采面出口风温随回采面入口处风流相对湿度的增大呈幂函数规律升高。(6)在不增加回采面通风量与制冷量的前提下,对工作面雾化降温进行了优化分析,通过改变雾化液滴的初始热力学参数(速度、液滴大小、喷射角),可使回风隅角温度降低5%左右。