我国煤矿开采地质条件复杂,作业环境恶劣,煤矿安全事故时有发生,现有的有线监控系统很难灵活的布网,实现煤矿工作面实时监测的目的。另外在矿井中依然存在很多监测盲区,不能满足煤矿安全监控的需求,存在较大的安全隐患。无线传感器网络的出现给煤矿信息传输带来了前所未有的希望。无线传感器网络具有放置灵活、扩展简便、移动性强和自组织等特点。将无线传感器网络应用于煤矿工作面瓦斯监测监控系统,摆脱线缆的束缚,通过无线技术实现煤矿工作面的全覆盖,真正实现工作面瓦斯浓度的连续在线测量与浓度预测。为了实现上述目标,本文将重点研究无线传感器网络技术在工作面应用的基础理论问题及瓦斯涌出预测算法。为了实现基于无线传感器网络的工作面瓦斯监测,本文主要从五个方面对相关技术进行了阐述。首先,根据目前煤矿综合监控系统的组成和使用情况,分析了煤矿自动化监控系统的现状,并找出了工作面监控系统存在的问题。为完善现有工作面监控系统存在的不足,本文设计了一种基于无线传感器网络、具有瓦斯涌出预测报警功能的工作面监控系统。其次,结合煤矿现有的网络结构体系,设计了基于WSN的工作面监控系统,构建了基于无线传感器网络的工作面监控系统模型,给出了系统组成,并首次提出了工作面两个通信空间的概念。再次,本文根据工作面两个通信空间的特点,构建了无线传输的信道模型,分析工作面通信信道的情况,对粒子滤波算法中的重抽样算法进行了改进,提出了适用于井下的半盲信道估计方法,并进行了仿真,得到了工作面无线节点的通信半径,确定了无线传感器节点在工作面应用的拓扑结构。第四,本文对现有的无线传感器网络MAC层和路由层协议进行了分析,并根据工作面监控的要求,利用区分退避算法的思想改进了IEEE802.15.4的MAC层协议,并针对工作面带状传输转发节点丢包率较高的特点,提出了数据转发优先的策略;在路由层,本文针对LEACH协议簇头选择不合理和能耗不均衡、簇头通信方式开销大这二个问题进行了改进,提出了LEACH-mine协议。从仿真结果看出,改进后的协议在网络性能上要优于原协议。最后,本文提出了一种瓦斯涌出的在线预测算法,利用模糊最小二乘的方法进行瓦斯涌出的预测,在无线传感器网络的网关节点中加入该算法,实现瓦斯涌出的在线测量与预测,完善监控系统功能。