超前查明煤矿采掘前方地质构造是实现煤炭资源安全高效开采的前提。然而,常规以炸药为震源的煤矿井下地震勘探,其施工安全与效率难以得到保证。煤矿井下随采地震勘探技术,以采煤机或掘进机为震源,实际探测时无需炸药、打孔与停产,具有随掘随探的独特优势,有望开辟煤矿井下地质构造超前探测的全新模式。在国内外文献调研的基础上,本文对可控震源、夯机震源、随钻地震的钻头震源、隧道盾构机震源等四种长时延地震勘探技术进行了分析,总结了长时延震源地震信号的特点,提出了采煤机、掘进机作为地震震源具备可行性;分析了煤层内直达围岩纵波、直达围岩横波、槽波的形成过程,提出了随采地震信号的最佳接收方式;围绕随采地震数据的处理,重点研究了随采信号的预处理方法、随采震源地震信号提取方法,特别是频域内数据反褶积干涉的算法;开发了槽波的去频散和波列压缩的程序,为工作面随采地震CT速度成像提供了条件。典型工程试验的结果初步验证了随采地震勘探技术的可行性,并展示出良好的应用前景。论文的创新性成果:1)首次从随采地震数据中分离出了直达围岩纵横波与槽波,且成功辨识出了来自巷道的反射波,证明随采震源可以替代放炮震源;2)提出了随采地震数据频散波列压缩的方法,提高了原来淹没在频散中反射波的信噪比,为利用随采记录进行工作面CT成像奠定了基础;3)提出了利用槽波频散去除效果预测煤层厚度变化的方法,此法对煤层厚度超过10%的变化就能有灵敏反应。研究结果表明:以煤矿井下采掘机械为震源的随采地震勘探有其独特的技术潜力,能够取代炸药震源实现下随采随探的动态超前跟踪探测,有望成为今后煤矿井下地震勘探技术的发展方向。