中文摘要：

在国内煤矿企业资源整合之后，未知采空区对生产矿井的威胁逐步凸显出来。因此，急需寻求一种有效地探测小窑、未知采空区的方法，以降低此类事故发生的概率和经济损失。根据国外研究报告显示，井下地震探测法为预测未知采空区边界提供了一个较为可行的方案。目前，国内外在煤矿井下地震探测技术研究方面，均是由地面三维地震勘探和隧道超前预报（TSP）发展而来。因此，在震波数据处理受其影响较多，忽略了地震波在煤层中激发时，由于煤层和岩层物理性质差异巨大，地震波场在"煤-岩"结构中的分布和地表及隧道空间中有着很大的差异。因此，将这一方法应用到煤矿时，遇到了前所未有的困难。本课题根据具体的地质环境建立适用于此环境的震波观测系统、激励方式等边界条件，同时，推导合适的滤波函数和能量补偿函数。然后，对经过这两个函数处理后的数据进行震波偏移成像来反演采空区边界的位置，以此作为煤层采空边界探测的核心理论体系，指导煤矿安全生产。

结论摘要：

2011年度完成了调研、专题论证、各种信息资料收集，详细研究的技术方案的制定；建立在不同地质条件下，煤层中SH型槽波Ariy震相的频率和速度之间关系的数学模型进行了部分煤矿现场实验数据采集等工作，根据数据采集的结果，检验数学模型的可靠性。2012年度完成了在不同地质条件下，SH槽波在“煤-岩”结构体的频率和速度之间的函数关系。其中研究Stoneley波相似模拟无法在实验室内进行，主要原因是和中科院地质与地球物理研究所合作的槽波相似模拟过程中，检波器的尺寸接近相似模拟煤层的厚度，因此在获取“煤-岩”胶结面上的频率和速度之间的函数机会变得不可能。最后，在2013年12月31日和2014年1月2日，通过多次协调，采用了德国DMT的槽波地震仪在同煤燕子山矿完成了Stoneley波和SH型槽波的采集工作。在理论方面按计划完成了煤层中SH型槽波Ariy震相的频率和速度之间关系的数学模型。并以此为基础完了论文《SH型槽波质点波动及能量包络特征研究》的初稿，现在由中国地质大学的朱培民教授修改和审校。由于和煤矿联系实验场事宜耽搁，直到2013年12月19日在东周窑煤矿完成了槽波数据现场的采集工作，预测了巷道侧帮煤层内部的断层发育情况，根据数据采集的结果，检验数学模型的可靠性，由于槽波频散特征明显，因此在滤波函数的选取方面采用低通函数为主，以此作为滤波函数的依据。同时完成了巷道迎头前方不同位置、不同产状、不同组合地质异常界面模型的极化偏移成像。运用合成地震记录、波场快照及偏振轨迹三种方式，对具有不同产状单、多个异常界面模型的地震波场传播规律进行了研究分析，验证了纵、横波质点主极化方向与波行进方向存在正交差异特征。成像效果表明极化成像技术可以消除上下对称假象，有效压制转换波及干扰波。同时完成了三个同倾向异常界面模型的不同偏移方法、不同观测系统对比实验，实验结果表明极化偏移与传统叠前绕射偏移、Kirchhoff积分偏移、逆时偏移相比，异常界面收敛性强、方向分辨率高，解决了在巷道有限空间下由于偏移孔径小而导致的对称成像病态难题。取得的成果为发表相关论文9篇，其中有一篇未标注，其中被SCI检索2篇，EI检索5篇，获得授权实用新型专利7项。其中有一项同时申请了发明专利，其中实用新型专利《便携式煤层槽波采集预警系统》已经开始制作原型机，计划将这一技术从实验室逐步向解决煤矿安全的产品过渡。