随着“数字地球”时代的脚步日趋成熟，传统基于2D或2.5D的地理信息系统已很难满足现代人的视觉心理，因此如何真实生动地表达现实世界是当前研究的热点。目前许多煤矿部门的数据管理方式还很落后，大部分煤矿地质资料仍然以散乱的方式管理，实现信息化的需求极为迫切。煤矿信息化涉及地质学、测绘学和计算机科学等众多学科，而这些交叉正是地理信息科学的重要研究内容。所以虚拟现实化、信息化、大数据化是当前GIS发展的重要趋势。本文通过分析矿区三维可视化各阶段所需的技术和矿山地理信息系统的特点，主要研究了在ArcGIS平台下，空间数据从传统的CAD图纸到三维矿区可视化的数据处理方法，以及三维场景的搭建过程。研究了基于GIS的可视化与空间分析方法在煤矿领域的应用。将矿区数据统一组织，以二三维一体化的方式展示给用户，实现了矿区地理信息的三维可视化。着重讲述了其中的数据转换技术、三维巷道生成技术、三维场景重建及空间数据库建模技术。并结合陕西省红石岩煤矿为例对可视化过程中数据处理的原理和实现方式进行了详细的探讨，最后对矿区三维可视化的应用发展趋势做出展望。在理论研究的基础上针对陕西省红石岩煤矿的项目整合需求进行了系统总体设计。采用面向对象的统一建模语言规范需求分析和设计阶段的各种建模描述。最后采用ESRI公司的ArcSDE空间数据库引擎和Oracle数据库存储煤矿相关的空间和非空间数据，利用C#语言和ArcEngine组件二次开发，实现了系统设计的功能，取得了较好的效果。