煤矿资源依然是我国国民经济建设的重要能源支柱。随着煤田浅层的煤炭消耗殆尽,煤矿的开采不断向地层深部进军。由此,众多煤矿出现了不同深度,不同层次的采空区,这些采空区大部分是孤立的、不连续的,而且存在着积水,大大增加了探测的难度,为煤矿的安全生产带来了隐患。对于这些复杂采空区,寻求切实有效的勘探方法以及合理的地球物理资料解释方法具有重要的实际意义。鉴于煤系地层中常存在的复杂采空区情况,论文通过物理模拟实验和数值模拟研究并分析了单层采空区、相邻采空区及双层采空区在不同条件下的瞬变电磁响应特征,为煤矿采空区的精细探测提供理论支持。通过物理模拟实验和数值模拟得出的主要结论如下:物理模拟:（1）低阻采空区的电磁响应程度要高于高阻采空区,而且多测道曲线分别表现为“单峰”,“单凹”型,两种采空区的电磁响应均随着埋深的增加而减小;（2）瞬变电磁法对不同种类的相邻采空区的分辨能力各不一样。在水平分辨上,相邻低阻采空区>相邻高阻采空区>相邻高低阻采空区。相邻低阻采空区的分辨距离15 cm～20 cm,即1.5倍埋深～2倍埋深之间;相邻高阻采空区的分辨距离20～25 cm,即2倍埋深～2.5倍埋深之间;相邻高低阻采空区为25～30 cm,即2.5倍埋深～3倍埋深之间;（3）在一定层间距下,瞬变电磁法可以区分双层高低阻采空区,纵向分辨距离为15 cm,即0.75倍的上层采空区埋深,难以分辨出不同层间距的各类双层采空区。电磁响应值大小有一定的区别,双层低阻采空区>双层低高阻采空区>双层高低阻采空区>双层高阻采空区;数值模拟:（1）瞬变电磁法对低阻采空区的探测要灵敏于高阻采空区,埋深的增加会降低各自的电磁响应值,围岩电阻率与异常体阻值差异越大,异常体的响应越明显。对于低阻采空区,较小的线框对应较低的电磁响应值,但是低阻响应会更加明显一点。相对于无覆盖层,低阻覆盖层的存在会增大电磁响应值,但是低阻覆盖层越厚,电阻率越低,其下层的低阻体响应会越弱,影响探测;（2）对于相邻采空区,数值模拟也得出:瞬变电磁法对相邻低阻采空区水平分辨能力最强（75 m～100 m,即1.5倍埋深～2倍埋深）,相邻高阻采空区次之（100 m～125 m,即2倍埋深～2.5倍埋深）,相邻高低阻采空区最弱（125 m～150 m,即2.5倍埋深～3倍埋深）。对于相邻低阻采空区,低阻覆盖层除了会使得电磁响应值增大外,低阻覆盖层越厚,电阻率越低,越难以分辨该类采空区;（3）瞬变电磁法可以分辨一定层间距（75 m,即0.75倍上层采空区埋深）的双层高低组采空区,难以分别其他双层采空区。对于双层高低组采空区,我们进一步进行了研究,线框的变小以及围岩电阻率的降低有利于该类采空区的探测;低阻覆盖层厚度的增加以及电阻率的降低会大大屏蔽下层的采空区的探测。数值模拟和对应物理模型模拟的结论是一致的。野外试验对部分双层采空区进行了验证,得知:瞬变电磁法难以分辨出双层低阻采空区和双层高阻采空区,但在一定层间距下能够分辨出双层高低阻采空区。与我们模拟的结果是一致的。