我国有着十分丰富的煤炭和矿产资源,虽然绿色风光能源的快速发展使得煤炭的需求量大大减小,但它仍然占有着较大比重。然而矿难的发生却给我们带来了巨大危害,若在事故发生时,能够实现及时有效的沟通,采取相应措施,将会大大减小人员伤害及财产损失。但是地层中难以铺设稳定有效的通信线路,抗灾难事故能力差,无法在救灾抢险中发挥及时有效的作用。传统的单天线通信系统受复杂地层的影响以及经远距离路径衰减损耗后的信号传输效率低、强度弱,且井下巷道无法架设大尺寸天线来提高系统可靠性。因此研究并解决这些问题将对提高矿井安全生产效率、建立高效完善的无线透地通信系统带来很大帮助。本文在详细分析矿井无线通信的发展现状和理论基础上,面向矿井应急通信、日常生产等应用,基于磁感应技术提出将协同式天线透地通信系统应用在矿井中确保信号的高效传输,以此解决空间和功率限制,以接收到最大信号强度为目标,优化协同式天线排列布局。主要内容如下:基于无线透地通信系统的相关原理建立了磁感应通信等效模型,针对地下空间狭窄、功率受限等条件并结合磁偶极子在自由空间中的辐射理论探讨协同通信的有关特性。对大地信道的结构特征和电磁干扰进行讨论,通过计算在地层传播过程中磁感应通信的路径衰减与损耗来研究不同参数对通信系统的影响。根据阵列天线系统相关理论分析多天线的方向性特征,将阻抗矩阵法应用于对阵列天线互耦系数的计算,对比不同排列方式下的互阻抗以研究互耦效应对协同通信的影响,对协同式天线排列布局进行设计优化。基于矩量法理论使用FEKO7.0搭建了矿井协同式磁性天线模型,对协同式天线和单一天线系统在三层地质模型中进行磁场数据对比,表明协同式天线系统可将磁场强度增强2.13倍,传输距离也大大提高。建立阵列天线在不同间距和放置方式下的仿真模型,分析了双天线最优布局形式,优化后的模型可将磁场强度增大约28倍,并详细讨论了不同环境条件下对地面磁场分布的影响。结论表明将协同式天线方案应用于矿井下通信是可行的,协同通信技术为彼此产生了不同信号路径,有效对抗矿井下路径衰减与损耗,带来了明显的信道增益。各个地区的环境及地层分布情况不同,可根据实际需求对协同通信系统进行优化。本文的研究结果对于实现信号地上与地下的透地传输以及甚低频通信技术具有一定的指导意义。关于协同通信及优化布局的研究成果,还可推广至水下通信、地下人员和设备定位及隧道等领域,同样具有可借鉴的理论和应用价值。