随着经济的发展与生活水平的提高,全球能源需求不断增长。在我国,煤炭消耗在能源消费结构中占据主导地位,而约90%的煤炭为井工矿开采。根据调查,在易发生群体伤亡的煤矿瓦斯、火灾事故中,80%以上遇难人员死于CO中毒或窒息。避难硐室被视为矿井事故后人员生命安全的最后一道屏障,但由于环境保障技术难度与建设成本等因素,在近年发生的上千起事故中,鲜见避难硐室成功应用的报道。空气品质保障与热湿环境控制是避难硐室实现安全防护功能的前提。由于煤矿事故破坏造成井下断电与煤矿电气设备的防爆需要,室内环境控制是避难硐室面临的关键技术难题。本文针对避难硐室环境保障面临的难题,通过矿井压风实现避难时期无源的避难硐室环境综合保障。在优化基于压风的避难硐室空气品质保障系统的基础上,研究自然对流与压风状态下避难硐室的动态传热特性,并建立不同状态下避难硐室的室温预测模型,为判断避难硐室是否需要采取辅助降温措施提供理论依据。针对高温围岩矿井避难硐室,提出了基于蓄冰或固体化学制冷的压风冷却控温方法,并发展了“围岩蓄冷-压风冷却”复合控温方法,实现无源与高效节能的高温矿井避难硐室环控。具体开展的科研工作如下:（1）矿井避难硐室极端环境形成机理研究通过50人避难实验,获得了室内O₂、CO₂、CO浓度随时间变化的曲线,确定了人体呼吸过程中的物质代谢速率与热代谢速率;通过理论分析推导了无净化措施情况下室内有害气体浓度的解析计算公式;开展了自然对流状态下避难硐室室温变化的实验,获得了无控温措施时避难硐室内温度变化曲线,掌握了自然对流状态下避难硐室室温变化特征;通过理论分析获得了自然对流状态下避难硐室室温的解析计算公式。（2）基于矿井压风的避难硐室空气品质保障通过实验研究分析,获得对巷道有害气体阻隔效果较佳的管道与气刀形状的空气幕的结构参数与系统安装位置;通过理论分析,推导了室内有害气体浓度与供风量的关系,通过试验与数值分析,研究硐室内压风入口数量与布局、排风出口数量与布局、室内人均供风量等因素对室内有害气体浓度与温度场分布的影响,优化避难硐室内通风系统布局;通过理论分析,推导了避难硐室内空气净化装置配置计算公式,通过实验研究,优化了空气吸附净化装置在避难硐室内的配置与布局。（3）矿井避难硐室“围岩-空气-人体”动态耦合传热特性研究推导了维持避难硐室内恒温的通风量计算方法及通风状态下避难硐室内环境温度的计算公式;分别建立了自然对流状态下与压风供给状态下50人型避难硐室数值模型,研究了两种不同状态下室内温度变化与分布特征以及硐室内围岩与空气的动态传热特性,分析了围岩热物性、供风量、室内热源强度等因素的影响,并结合数值分析结果,分别拟合出自然对流状态与压风状态下避难硐室环境温度预测的热工计算公式。（4）矿井避难硐室压风控温方法优化研究针对高温围岩矿井避难硐室热环境保障,提出基于蓄冰或固体化学制冷的避难硐室压风冷却控温方法;通过实验研究固体化学制冷剂冷却避难硐室内压风的可行性;通过数值仿真研究冷风状态下避难硐室动态传热特性,分析初始围岩温度、通风温度对控温效果的影响,建立冷风状态下避难硐室的室温预测方法。在避难硐室压风冷却控温方法的基础上,发展避难硐室“围岩蓄冷-压风冷却”复合控温方法;通过数值仿真,研究避难硐室内连续通入冷却压风时的围岩蓄冷特征;进一步研究避难期间96h内蓄冷围岩与冷却压风复合作用下的控温特性,提出复合控温作用下避难硐室内室温的预测方法。（5）压风供给状态下避难硐室控温策略将避难硐室围岩按温度划分为五个类型,针对不同初始围岩温度范围的避难硐室提出差异化的热环境控制方案,建立避难硐室控温方法的选取策略。