在采煤过程中，常常因不清楚采煤工作面前方有何种地质异常，而影响采掘的正常进行，甚至造成巨大的经济损失和人员伤亡，这主要归结于煤层中存在的断层、陷落柱、瓦斯突出、层间水等地质异常的影响。在地面勘探阶段，无论用钻井、地震、电法或是其它地球物理勘探手段，要发现小构造都是比较困难的。　　 槽波地震勘探(In-Seam Seismic，ISS)是可以选择的井下勘探方法之一，利用槽波的埃里相位，可以辨别较小的地质异常，但要定量确定异常(如落差)的大小及其性质还比较困难，其根源在于对槽波的性质还了解不够，信息利用不足(主要利用槽波的旅行时信息)。所以，研究槽波所蕴含的地质异常特征，才能充分利用槽波来获得煤层中地质异常的更多信息，而槽波数值模拟就是这一研究的基础。目前，对含有各种地质异常体的煤层内槽波传播过程的模拟，还都局限于二维和简单模型的正演，对含各种异常类型煤层的三维地震波模拟，还鲜有研究，近一二十年来槽波研究也趋于停滞，这些都极大地限制了槽波的理论研究和应用。　　 本文即是研究煤矿井下三维数值模拟技术，模拟三维煤层地质模型，分析槽波波场规律和频散特性。主要工作内容和取得成果如下：　　 (1)研究各向同性介质三维交错网格高阶有限差分法和PML完全匹配层边界吸收方法。实现了模拟算法，开发出了计算软件。　　 (2)研究如何提高三维数值模拟计算效率。针对三维模拟计算量的问题，采用64位的高性能个人计算机和OpenMP多线程技术，运算效率比原来提高了10-20倍，解决了内存的容量限制，比较好的解决了三维模拟在个人计算机上的限制问题。　　 (3)重点研究含巷道特殊地质模型在数值模拟过程中的处理。分析比较了现有自由界面数值模拟处理方法的适用范围和优缺点，选用改进的适用于三维巷道的镜像法，设计了适用于水平、倾斜和起伏不太剧烈的巷道三维镜像编程算法。　　 (4)利用数值模拟程序，模拟典型三维煤层地质模型。模拟了三维煤层地质模型及含异常模型的地震波场，包括三层对称煤层模型不同煤厚(20m、10m、5m)模型、含陷落柱煤层模型和含巷道模型，分析比较了槽波波场特征，用傅里叶变换法提取了频散曲线，分析总结了槽波频散规律。其中，巷道模型呈现了比较特殊的波场特征，对实际勘探有较大应用价值。　　 (5)辨别槽波波场成分和波形类型。推导了煤层中P波和SV波的时距曲线计算公式，包括直达波、折射波、多次反射波，根据计算的20m和5m煤厚的时距曲线，对比三维模型数值模拟结果，分析了波场成分、类型和槽波特点。　　 (6)特别做了二维Love型槽波的数值模拟研究。设计了不同厚度三层对称煤层模型和含断层煤层模型，分析比较了波场特征，并做了频散分析，总结了Love型槽波的独特规律。