煤矿井下工作条件恶劣,通信环境复杂多变,这就要求矿井中的通信网络具有较高的灵活性和较好的适应性,无线传感器网络(WSN)具有布置简易、灵活性强、精度高、经济性好等特点,很适用于矿井监控环境。为此本文主要进行了以下研究内容:一、研究矿井监控系统的国内外现状以及现有系统的优缺点,提出了一种将有线工业以太网和WSN有机结合的矿井监控与应急通信系统,设计了矿井工作面和巷道的网络拓扑结构。正常工作时,将Ethernet作为矿井通信骨干网,WSN作为辅助通信网络,完成井下监测数据的采集与传输;有线线路中断时,WSN与未中断的有线线路快速形成矿井应急通信网络,使救援信息及时可靠的传输到地面控制中心,以便及时采取救援措施。二、系统分析比较了现有WSN路由协议的优缺点,结合矿井监控与应急通信系统的要求,提出了一种工作面路由协议LRWF。LRWF利用分簇的思想,将工作面节点按照跳数分层后,根据各层的不同负载形成不同规模的簇以便均衡网络能量,之后以簇首间时变的传输延时、节点剩余能量和传输能耗构建的复合指标选取路径,实现簇间数据的多跳转发。三、结合矿井监控与应急通信系统中的两种不同工作模式,提出了一种巷道路由协议RRPR。正常工作时,传感器节点将巷道中距离最近的sink作为簇首,与sink直接通信,若sink位于节点通信范围之外,则根据节点能量和位置选择中继节点;有线线路中断时,由下行sink通知上行sink对两sink间的WSN进行分层,依据邻居延时和能量的复合指标选取下跳节点,实现数据由下到上的逐层传输。本文采用OMNET++仿真平台对所设计的路由协议进行仿真实验,并与现有的矿井WSN路由协议LEACH-M、LBUC-M和CHM-VG比较,通过对节点平均剩余能量、数据传输延时和数据包接收率等性能参数进行分析,结果表明,所设计的路由协议更适合于矿井监控系统。