赵端， 赵津津，2， 何永鑫，2， 卓敏敏， 陈辉

(1.矿山互联网应用技术国家地方联合工程实验室， 江苏 徐州 221008；2.中国矿业大学 信息与控制工程学院， 江苏 徐州 221116；3.天地(常州)自动化股份有限公司， 江苏 常州 213015)

0 引言

煤炭是我国主体能源和基础产业。随着互联网和人工智能技术的普及和大规模应用，煤矿企业正逐步实现智能化开采。王国法院士团队提出了智能矿山技术架构[1]，其中智能设备及泛在感知层是整个体系的基础，为智能矿山提供全面的感知数据。在感知数据获取方面，无线传感网络在煤矿井下得以广泛应用，解决了有线监测网络抗灾能力差、安装不便、监测范围小等问题。目前绝大多数无线传感节点采用电池供电，网络稳定运行时间受限，且需要大量的人力资源进行维护。如何有效降低无线传感节点功耗，延长其生命周期，是智能矿山泛在感知技术亟待解决的问题之一。

针对无线传感节点能量约束问题，许多专家在改进电池能量存储能力、降低节点功耗等方面提出了解决方案[2]。近年来，研究人员提出利用能量收集技术延长井下无线传感节点的寿命。薛晓[3]根据井下设备振动特点，构建了一种适用于井下环境的压电陶瓷换能器机电模型；刘晓明等[4]提出了一种井下巷道功率传输模型，有效解决了电磁能量传输效率的计算问题；冯凯等[5]设计了一种井下热电能量收集装置，能够在低至100 mV时持续采集能量，能量转换效率达67%。通过将井下可获得的能量有效转换为电能并为无线传感节点供电，可延长节点生命周期，解决井下无线传感网络能量受限问题，对于智能矿山技术的推广应用有重要意义[6-8]。……