摘要：随掘地震超前探测是煤矿井下巷道掘进过程中保障安全的关键技术之一，主要用于实时探测掘进工作面前方的地质异常体(如断层、破碎带、含水层等)。该技术通过在掘进过程中布设地震传感器，利用掘进机械振动激发地震波，通过分析反射波、折射波等信号特征，结合偏移成像、波场分离等数据处理技术提高分辨率，反演掘进面前方地质构造的分布情况。本文在分析反射波法超前探测数据采集及数据处理解释方法的基础上，结合井下掘进巷道探测实例，介绍了地震反射波法超前探测应用成果。
关键词：随掘地震；超前探测；矿井巷道；地质预报
1 地震波反射超前探测技术原理
随掘地震超前探测是一种主动或被动地震勘探技术，通过在煤矿巷道掘进过程中实时采集地震波信号，分析掘进工作面前方地质构造(如断层、破碎带、含水层等)的分布规律，以实现地质灾害预警。其核心原理包括地震波激发、传播、接收与成像反演四个关键环节。
掘进过程中掘进机的截割头切割岩石，产生以S波为主的地震波，此地震波具有一定周期性其周期与截割头转速有关。另一方面,由于截割头的作用使岩石产生破裂和垮落，产生以P波为主的地震波。此地震波的随机性强，震源表现为随机出现的多个脉冲信号。每1个脉冲信号可以看作是1次少量炸药激发的弹性波震源。弹性波在离开震源向外传播的过程中，由于煤层的传导作用形成槽波，具有频散等槽波的基本性质。互相关干涉是将连续震源信号转换为脉冲信号的有效方法。虽然槽波为频散波,但互相关干涉同样适应于频散波。这是由于不同频率正弦波的正交性，不同频率波组的互相关为零，只有相同频率的波组互相关不为零。因此某一道槽波在频率w上谐波分量表示为 其中：x为传播距离；t为传播时长；k是波数；w(k)为震源子波的频谱。而与参考道的地震信号r(xo,to,w)求互相关函数y(x,t,w)为 可以看出互相关函数是1个特殊的地震信号，它的子波是震源子波的自相关函数，而传播距离为参考道与地震道之间的距离x-xo，传播时长为从参考道到地震道的传播时间t-to。由于随掘震源的子波为弱周期信号与随机脉冲信号的叠加，其自相关函数近似于脉冲信号。因此通过互相关可以将连续的随掘地震数据脉冲化为虚拟的单炮记录，其虚拟炮点位于参考道所在的点上。随掘地震波在煤层内传播的过程中。在遭遇断层等地质异常体后产生反射波，反射波沿煤层向回传播被安装在煤层中的传感器接收，因此传感器接收到的既有随掘地震波的直达波又有反射波，如图所示。
2 应用案例分析
2.1地质概况
某矿16228工作面轨道巷巷开采8#煤，目前巷道沿8煤顶板掘进，8煤直接顶板为砂质泥岩、煤线B01、砂质泥岩组成的复合顶板，总厚约15.9m；老顶为粉细砂岩，均厚3.9m。
8煤厚0.2～6.6m，均厚3.5m，煤层倾角2～15°，平均倾角6°。
2.2 现场施工布置
结合探测任务并充分研究了16228轨道巷相关地质资料，现场采用直线式的检波器布设方式，采集系统采用线性排列观测系统。沿巷道走向布置测点，测点总数16(16个单分量检波器)，测点间距三排或四排排间距，位于掘进巷道右侧帮，高度为离底板1-1.8m，检波器使用专用转接头与侧帮锚杆耦合，方向水平垂直于巷帮。现场施工布置图如下：
2.3 探测成果
2025.5.28-2025.8.18期间随掘地震探测共提异常4次，揭露验证情况见下表：  3 结论
项目开展过程中掘进揭露断层共3条，随掘地震预报准确3条，无漏报断层；随掘地震预报煤层原生沉积变化1处，经巷道掘进实际揭露1处；通过探测结果与巷道实际揭露情况对比分析，随掘地震探测法对控制迎头前方含煤地层地质构造及煤层歼灭情况的探测具有可行性，对掘进巷道的安全掘进具有一定的指导意义。