长期以来煤炭产业一直是我国社会和国民经济发展的重要物质基础,由于多年连续开采,浅层煤炭已经枯竭,只能进行地下开采,而地下开采过程中多伴随着涌出甲烷气体、CO气体和粉尘等危险源,严重威胁着煤矿财产安全和人民生命安全。因此,建立一套先进可靠的安全监测系统显得尤为重要。目前,我国煤矿安全监测数据采集系统主要存在的问题有:大多数传感器采用催化和电化学技术,寿命较短,稳定性较差,且传感器通信接口单一,系统扩展性较差;采集系统的报警机制不够完善,缺乏分级报警;井下环境监测范围广,采集系统与分站长距离通信需敷设大量电缆,不仅安装维护难度大、成本高,还极易受到井下复杂环境干扰,导致数据传输准确度降低;矿井中环境监测点多,采集系统分析处理大量数据易形成冗余数据,同时增加了系统功耗以及数据处理的时间,导致井上监控中心无法及时获取可靠的数据。针对以上问题,结合本质安全思想,论文提出了构建煤矿本质安全监测数据采集系统的设想,对现存的主要问题提出了解决方案。论文的主要研究内容如下:(1)设计新型数据采集终端,提高系统的安全性和可靠性。系统采集终端设计多种规范通信接口,便于实现多系统间融合;设计了多种传感器接口,提高系统兼容性;完善终端报警机制,采用轻微危险和严重危险两级声光报警;采集终端按照GB 3836系列标准要求设计本质安全电路,提高系统防爆、抗电磁干扰以及噪声干扰的能力。通过完成系统采集终端的硬件和软件设计,在实验室环境下完成采集终端功能测试,测试结果表明终端满足数据采集、传输、显示和存储等功能要求。(2)系统选用有线和无线通信技术相结合的方式,以支持多网融合。通过对比分析,采集系统与分站之间的主干网通信选用CAN总线,设计了CAN总线接口电路。对于井下工作面等不易布线的狭小区域,系统采集终端选用ZigBee无线通信技术进行数据传输。ZigBee组网设计包括终端节点、路由节点以及网关模块的硬件和软件设计。在实验室环境下完成ZigBee无线通信距离测试,测试结果表明满足系统通信距离要求。(3)论文采用压缩感知算法对监测系统进行数据融合。通过对比分析,论文选用重构效果更好以及更适合解决信号稀疏度未知问题的稀疏度自适应匹配追踪(SAMP)算法,利用Dice系数匹配准则和指数变步长思想对SAMP算法进行改进,且通过MATLAB实验仿真对改进后的算法在不同稀疏度K和不同观测值M下进行分析,结果表明,改进后的SAMP算法提高了重构成功率,同时也缩短了平均重构时间。