在隧道及井巷工程掘进过程中，会受到多种地质因素的影响，其中来自前方的不良地质构造，如断层、破碎带、采空区、富含水带等对安全生产危害巨大，因此必须能够对其进行超前探测与预报。受坑道掘进空间的限制，目前还没有一种物探方法能对前方不良地质构造进行长距离高精度的超前预报。相对来说，在诸多的物探方法之中地震反射波法对前方构造界面的探测具有一定的针对性，因此积极开展坑道超前反射波成像技术开发具有重要的研究价值。 论文在总结前人研究成果的基础上，通过对坑道条件下反射波传播原理及其特征进行系统研究，结合数值模拟和物理模型实验，分析了坑道条件下，特别是煤层巷道条件下不同界面反射波特征及其时距曲线规律。在对比总结现有点状、二维和空间观测系统特点基础上，进一步提出坑道掘进空间的任意炮检对反射波观测系统布置、野外工作方法及其数据处理流程。对其中二维和任意空间炮检对数据进行分别处理，通过利用F—K和τ—p域联合视速度滤波提取坑道前方界面反射波组；采用极化滤波对坑道条件下所获取的三分量记录进行纵横波分离；提出基于速度扫描与绕射偏移速度校正相结合的方法，建立探测区域纵波和横波速度模型；并进行射线扫描叠加及立体椭球偏移叠加获得对坑道掘进空间的二维和三维地质条件成像结果。基于岩煤构造的识别特征，利用纵横波幅值能量、速度、频率等多个地震属性参数，完成对坑道前方地质条件的解释与预报，形成了一套具有自主知识产权的超前探测反射波成像预报系统(TRIS1.0系统)。结合震源与接收系统的改进，实现对坑道前方掘进地质条件的动态监测与预报。 论文针对空间立体数据采集系统，基于Visual C++．net语言，开发完成了TRIS1.0数据处理软件。该软件除了具有丰富的坑道反射波数据预处理、核心处理及成像功能外，还具有界面友好，操作交互方便等特点。隧道及井巷工程实际探测应用表明，该系统数据处理功能强，具有较好的稳定性和适用性。 论文还结合其他坑道超前探测技术，即坑道直流电法技术、瞬变电磁技术进行了实际对比实验，并对亚洲第一现代化矿井—顾桥煤矿—780南翼轨道大巷进行了综合超前探测技术研究。根据掘进生产进度实施了以反射波成像技术为主，包括直流电法、瞬变电磁法等多方法的综合超前探测，其成果有效地指导了矿井巷道的掘进安全生产。