目前，三维地震勘探技术作为煤矿采区构造勘探的主要手段，已获得广泛应用。随着开采机械化程度的大幅提高，煤矿对三维地震勘探精度提出了更高的要求。在常规三维地震勘探中，因为采集面元较大等因素影响导致地震勘探的分辨率偏低，而近年来新兴的高密度三维地震勘探技术具有空间采样密度高、方位角分布均匀等优点，有望实现煤矿采区高精度三维地震精细勘探的技术目标。　　本文在对常规三维地震勘探成果探采对比分析的基础上，指出了开展煤矿采区高密度三维地震勘探的必要性;结合国内外文献调研成果，对高密度三维地震勘探技术的应用现状进行了分析评述，讨论了高密度三维地震勘探的关键技术;借助于地震数学模型的正演模拟手段，分析了高密度地震在查明小断层、陷落柱等方面可能达到的精度与技术优势;研究了陷落柱三维地震模型的不同属性响应特征;以晋城某矿区高密度三维地震勘探为例，分析了该技术在断层解释、陷落柱识别以及煤层气富集区预测等方面的应用效果;最后，对高密度三维地震勘探技术的发展趋势进行了展望。　　本论文取得的主要成果如下:在前人研究煤矿采区三维地震的“采集脚印”的基础上，首次通过地震数学模型的正演模拟，提出高密度三维地震勘探在压制“采集脚印”方面具有显著作用;对陷落柱的二维模拟结果表明:采用CDP点距0.5m、2.5m、5m能够识别直径10m的陷落柱，随着CDP点距的减小对陷落柱的误判率也相对降低;对断层的高密度地震模拟表明:CDP点距2.5m时能识别落差大于2m的断层，CDP点距10m时能识别落差大于5m的断层;提取了陷落柱三维地震模型数据的多种属性，分析了不同大小陷落柱的地震响应特征，提出了地震属性分析的时窗选择依据;结合晋城某矿高密度三维地震勘探的工程实例，对常规三维地震与高密度三维地震进行了系统的处理与解释效果对比，认为高密度三维地震的勘探精度更高;最后，利用地震波阻抗反演、地震频谱分解技术对某区煤层气富集区进行了预测，并得到了实际煤层气抽采孔的初步验证。