本发明公开了一种固流耦合协同降温的矿井地热开采利用装置，包括矿井地热开采利用装置和采场空气处理与运输装置，矿井地热开采利用装置包括进行各分层充填时形成的多层采热充填体，垂直铺设在采热充填体内的U型换热盘管和设置在地面上的分集水系统，以及用于连接所述分集水系统与U型换热盘管的供回水系统；采场层空气处理与运输装置包括地面冷水处理装置、空气处理机组和用于为矿井回采空间内送入新鲜空气的送风管；本发明还公开了一种固流耦合协同降温的矿井地热开采利用方法。本发明通过固流耦合协同降温作用，能够达到很好的采场降温效果，营造一个舒适的井下热环境；提高了地下换热系统的值，实用性强，推广应用价值高。