近年来,我国煤矿安全事故频繁发生,造成了重大人员伤亡和经济损失,给许多家庭带去了沉重的伤痛。通过事故调查分析得知,绝大多数煤矿安全事故均源于矿井实时数据无法及时准确地被采集,导致地面监控指挥中心无法基于数据展开预警和灾后营救工作。无线传感器网络(WSN)是传感器、通信和微机电三种技术的混合产物,通常由大量密集低成本的传感器节点组成,通过无线通信方式形成一个多跳自组织网络系统,协同工作、实时感知、获取和处理信息。将无线传感器网络应用于煤矿安全监控数据采集,具有一定的学术研究意义和工业应用价值。本文针对煤炭矿井数据不能被地面监控指挥中心及时、准确、全面地采集的问题进行研究,主要完成了以下工作:(1)基于煤炭矿井实际情况和无线传感器网络关键技术,提出了一种层次型煤矿数据采集无线传感器网络体系结构。该体系结构将数据采集网络分为四层:数据采集层(Sensor层)、数据汇聚层(Sink层)、桥梁层(Center层)和地面监控指挥中心层(GCCC层)。(2)结合四层网络体系结构,提出了一种基于信号衰减模型的RSSI煤矿数据采集传感器节点定位策略。该策略将数据汇聚层节点作为锚节点,把节点间的信号衰减转化为距离,在理论上能够较好地解决井下传感器节点定位问题,并有效降低定位误差。(3)提出了一种井下数据汇聚节点分布密度模型,该模型研究了Sink节点分布密度和它距Center节点距离间的关系,通过在能量消耗过快的瓶颈区域合理部署Sink节点(个数),能够较好地避免节点因能量消耗过快导致死亡的现象,延长了网络生命周期,提高了网络的安全性。仿真实验表明,Sink节点分布密度模型能够较好地延长煤矿数据采集传感器网络生命周期,为保证矿井数据采集的持续性和安全性奠定了坚实基础。当数据采集巷道区域的长度远大于Sink节点通信半径时,按照节点分布密度模型方案部署Sink节点的无线传感器网络生命周期约为均匀部署Sink节点的无线传感器网络生命周期的两倍,和理论分析值基本接近。