本文综合运用地理信息系统技术、图论、运筹学、计算机图形学、系统工程原理和采矿工程等理论与方法,在深入系统地分析矿井对象和现象,研究矿山信息抽象方法的基础上,建立了矿井三维地理网络概念、逻辑和物理数据模型；研究了矿井网络连通性表达模型,建立了矿井地理网络三维定量拓扑关系和矿井地理网络模型动态构造和扩展方法；研究了矿井三维地理网络模型的最短路径、最佳路径、公共源点、网络追溯等网络空间分析算法,提出了一种改进型的矿井地理网络最大流分析算法。结合矿井生产系统特点,建立了矿井三维地理网络主生产系统可靠性、通风网络、火灾灾情分析和最佳避灾线路选择等应用模型,并研究了其应用方法。基于Java和Java3D,设计和开发了矿井三维地理网络分析试验系统,并以榆树坡矿的生产系统为例进行应用验证。结果表明,矿井地理网络模型适用于矿井生产系统数据管理、网络分析等应用要求,具有一定的理论研究意义和实际应用价值。