本发明公开了一种用于测量巷道回风井风流的三维风场反演方法，采用超声波测速与大气三维风场反演技术相结合，将多个超声波发射装置和接收装置以确定的几何关系进行设置，建立超声波三维风场反演系统；各个超声波发射装置发射超声波波束，超声波波束在遇到巷道内的气流后会发生散射，散射信号被超声波接收探头接收并传递给信号处理模块，信号处理模块进行处理后得到各个波束的径向速度；然后基于最小二乘法将各径向速度矢量合成三维风场，最后根据合成的三维风场能够精准的实现对巷道回风井的风速测量；本发明采用超声波进行风速测量，避免了井下各种电磁干扰，同时采用TDC技术精准计时及结合大气三维风场反演技术保证对风速测量的精确度和实时性。