煤矿物联网在煤矿安全生产中发挥了重要作用。煤矿开采过程经常遭受瓦斯爆炸、顶板冒落和冲击地压等灾害事故的影响,灾害事故往往会造成煤矿物联网中部分节点的损毁,继而导致原有网络拓扑结构的破坏和数据通信的中断。煤矿物联网灾后重构对于提升灾害事故的应急响应速度和应急救援效果具有重要意义。本文以煤矿物联网为基础,对煤矿物联网灾后重构中涉及的残存节点发现、网络重构方法及路由优化算法等关键技术进行了研究。具体内容和成果如下:(1)针对煤矿物联网灾后蜂窝用户与残存节点之间的资源干扰以及残存节点相互之间的资源竞争问题,设计了一种适用于煤矿物联网灾后残存节点发现的资源配置方式,在此基础上,提出了一种基于随机退避的煤矿物联网灾后残存节点自主发现机制。所提机制通过专用发现资源选择和信标信干噪比值解码两个过程实现对残存节点的发现。仿真结果表明,所提机制能有效提升残存节点的平均发现数。(2)针对煤矿物联网灾后重构网络中残存节点剩余能量有限且差异性较大的问题,提出了一种能耗均衡的自适应分簇路由算法(Energy-balanced Adaptive Clustering,EAC)。EAC算法基于残存节点的剩余能量因子、距离因子和密度因子设计了灾后重构网络的簇头选举阈值函数,采用层次分析法计算出三个因子的权重系数,通过簇头选举阈值函数的计算选举出簇头;成员节点根据其与备选簇头的距离和备选簇头的剩余能量选择通信代价函数最小的簇头加入,形成簇结构。仿真结果表明,相较于经典的分簇路由算法,EAC算法能更好地适应残存节点的能量异构性,有效降低残存节点的能量消耗,显著延长重构网络的生存时间。(3)针对煤矿物联网灾后带状分簇重构网络采用EAC算法时产生的簇间能耗不均衡问题,提出了一种能耗均衡的非均匀分簇多跳路由算法(Energy-balanced Uneven Clustering Multi-hop,EUCM)。EUCM算法引入了候选簇头选举机制,以避免能量不足和位置不佳的残存节点参与簇头竞选;候选簇头依据其剩余能量和地理位置形成不同规模的竞争范围,并通过竞争退避机制与邻居候选簇头竞选正式簇头,形成非均匀分簇;簇头根据其与物联网网关距离的远近采用单跳或多跳混合的通信方式,下一跳路由综合考虑了备选簇头的剩余能量、成员节点数及簇间通信能耗。仿真结果表明,相较于EAC算法,EUCM算法有效均衡了重构网络的整体能耗,显著延长了重构网络的生存时间,提升了重构网络的数据传输。上述工作为煤矿物联网的灾后有效重构提供了一定的理论基础和解决思路。