我国煤矿自然条件复杂，安全隐患较多，现有的有线监控系统由于自身的局限性还难以对井下重要环境参数——瓦斯实施全面、灵活的监测，不可避免地留下大量的安全隐患。在有线监控系统的基础上进一步融合基于无线传感器网络的无线瓦斯监测系统，构成煤矿安全监测无线与综合信息系统，将极大地提高煤矿瓦斯监测与预警水平。正是在这种背景下，本文提出一种适合于煤矿巷道瓦斯监测的层次型无线传感器网络系统。 层次型无线传感器网络的节点在硬件上主要由四部分组成——处理器模块、无线通信模块、传感器模块和能量供应模块。网络的软件平台是在ZigBee协议栈基础上开发设计的，ZigBee技术是一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术，适用于要求低成本、低功耗的煤矿瓦斯监测无线传感器网络。 根据煤矿瓦斯监测的需求，本文设计了层次型无线传感器网络的拓扑控制机制，论述了网络的拓扑生成过程，拓扑结构发生变化时的相应处理以及网络的重启机制；并根据此拓扑控制机制设计了网络的路由机制。 在煤矿环境监控过程中，工作人员需要周期性获得监测区域的瓦斯浓度信息，以便随时掌握监测区域环境的变化情况，并对未来可能发生的事故做出预测，为此设计了层次型无线传感器网络的周期性巡检工作方式，使网络每隔一定时间周期性向监控中心传送瓦斯浓度信息。同时，监控过程中一旦发生了某地段瓦斯超限的情况，工作人员需要尽快得知发生超限情况的地点和相应的瓦斯浓度，以便及时采取合理的措施来避免事故发生，为此设计了层次型无线传感器网络的中断工作方式，令网络大部分时间工作于睡眠状态，当某节点监测到瓦斯浓度超限时，则立即被中断唤醒并将相关监测数据传给协调器，协调器通过有线网向监控中心汇报危险情况。 网络所能容纳的节点数和数据传输时延是网络的两个重要性能，本文对所提出的层次型无线传感器网络的这两种性能作了分析评价。 文章最后介绍了对层次型无线传感器网络所做的实验室实验和在实际煤矿巷道中进行的实验，并对试验结果作了分析。实验室实验结果表明网络能够实现预期的设计目标；煤矿巷道中进行的实验结果表明在实际的巷道中能够成功实现网络拓扑结构的建立和数据传输。