煤矿虚拟环境系统是数字矿山的重要组成部分。现有的煤矿虚拟环境系统大都基于国外成熟引擎的二次开发,由于我国特有的开采条件和技术规范,这些软件系统并不能满足我国煤矿行业的需求。本文针对煤矿动态开采特点,将煤矿虚拟环境系统的核心技术进行抽象和封装,提出了面向煤矿应用的三维引擎架构,快速高效地构建具有我国完全自主知识产权的煤矿虚拟环境系统。另外对图形渲染引擎和煤矿专业功能的设计实现进行了详细的论述。本文的主要工作包括以下几个方面：(1)提出了虚拟煤矿三维引擎的架构,包括操作系统层、渲染层和应用支持层,并对各层的功能模块设计进行了详细的阐述。(2)阐述了图形渲染引擎四个子模块整体结构及关键技术。场景组织采用场景图和场景内容分离的设计以增强引擎的扩展性；渲染系统设计了灵活的渲染队列保证渲染效率；资源管理利用单例模式提高资源管理效率；对象模型扩展出针对煤矿应用的巷道、煤层、钻孔等实体。(3)将GIS中空间数据引擎概念引入虚拟煤矿三维引擎中,设计了煤矿虚拟环境系统的空间数据模型和存储结构,采用统一的数据接口存储、查询、更新数据。(4)研究了地质实体巷道、煤层、钻孔建模方法,在保持巷道拓扑关系的基础上对简单的巷道交义进行处理。(5)设计了地形分层分块的渲染方式,地形分块数据可依据视点动态的加载、卸载,并对地块间的“缝隙”进行接边处理。基于上述研究和设计实现了煤矿虚拟环境系统,并结合实际煤矿数据对界面和功能进行展示。最后,本文对研究成果进行了总结并提出了进一步研究的方向。