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近年来,随着煤炭开采中综采放顶煤技术的普遍应用和推广,煤矿采空区火灾已经成为威胁煤矿生产的重大安全隐患。煤矿采空区火灾的发生容易造成资源浪费、环境污染、生产停滞甚至人员伤亡等问题,严重影响生产效率和社会安定。由于煤矿采空区自燃机理复杂、自燃现象发生具有随机性和差异性、内部环境无法通过直接手段获得,使得在火灾成型前无法探知煤矿采空区内部的高温点变化并对其进行准确定位,造成防治措施盲目、滞后,导致煤矿采空区火灾事故频发从而威胁煤矿的安全生产。针对以上问题,本文首先讨论了煤矿采空区煤掩环境中的信道频率选择与有效通信距离问题,通过电磁波理论分析和多孔介质模型构建,探究电磁波在煤矿采空区煤掩环境中的传播和衰减特性,从而确定煤矿采空区高温点监测系统的通信信道频率与节点间隔。其次,设计了轮询强制的数据采集策略,通过对无线传感器网络耗能类型和网络协议研究,建立应用在煤矿采空区高温点无线监测的路由模式耗能模型,同时,改进现有路由协议和数据传播流程,降低传播中的丢包率和失败率,提高煤矿采空区高温点无线监测系统的整体稳定性和节能性。在以上设计研究基础上,设计加工抗冲击阻燃壳体、低功耗电路和简洁的上位机界面,采用MSP430低功耗芯片作为主控、DS18B20数字芯片作为传感器、SX1278无线模块作为收发器,完成了监测节点电路设计与加工;采用聚四氟乙烯作为抗冲击阻燃壳体材料;采用LabVIEW编写上位机程序;采用串口转网口模块完成汇聚节点的电路设计与加工。最后,对监测系统的可靠性和通信性能进行全面测试。测试结果表明:系统可工作温度为0℃-80℃,承受撞击为30 g,温度测试精度为±0.5℃,工作待机时长约为33天,能够满足对煤矿采空区高温点监测的实际要求。通过外场试验对系统的通信性能进行了进一步的测试,对系统网络的多跳性能以及土壤掩埋情况下的传输性能进行了验证,测试结果表明煤矿采空区高温点无线监测系统能够完成对煤矿采空区高温点的长时间稳定监测。