我国是煤炭消费及生产大国,矿井的开采深度、强度不断加大,煤炭资源整合力度也不断加强。由于历史开采工作欠缺规划、小煤窑私挖乱采等原因,国内资源整合矿井普遍存在采空区资料严重缺失、边界范围难以确定、积水面积与充水情况不明的问题,成为煤矿安全生产的重大安全隐患之一。瞬变电磁法对低阻体反应敏感,是含水采空区探测中应用最为广泛的方法,但目前利用瞬变电磁法仅能确定含水采空区的大致区域及范围,难以对采空区的富水性进行更进一步的判断,对不同含水率采空区的瞬变电磁响应认识不足,影响采空区异常的识别与解释精度。针对这一关键问题,本文通过理论分析、数值模拟、物理模拟等手段对不同含水率采空区瞬变电磁响应特征进行了深入研究,并开展了瞬变电磁法高水材料充填采空区注浆效果检测以及采空剥离回填区富水性探测现场应用,对不同含水率采空区的响应特征进行了验证与分析,具体成果如下:1)基于麦克斯韦方程和瞬变电磁理论,推导了水平层状大地表面的频率域响应理论表达式,认为影响含水采空区瞬变电磁响应特征的主要因素是采空区埋深和采空区含水率。2)建立了厚度20m,埋深100m、200m、300m,含水率0%、10%、20%、……100%的含水采空区数值模型,并进行含水采空区瞬变电磁响应正演模拟,研究分析了不同埋深、含水率的含水采空区瞬变电磁响应特征,在此基础上采用多项式拟合的方法分析了含水率与感应电动势增幅最大值之间的关系,结果表明利用瞬变电磁法进行采空区含水性分析是可行的。3)建立了相似比为1:100,埋深为50m、100m、150m、200m,含水率为0%、50%、100%的含水采空区物理模型,开展了含水采空区瞬变电磁大型水槽物理模拟实验研究,结合不同地电参数条件下的正演结果,利用多测道剖面图分别分析了不同埋深不同含水率的含水采空区瞬变电磁响应特征,结果表明:接收线圈距离低阻体距离增加,响应信号减弱;采空区含水率增加,响应信号增强。4)通过采空区高水材料充填效果检验和采空剥离回填区富水性瞬变电磁探测应用实例,验证了数值模拟和物理模拟的准确性。研究结果表明,采空区含水率与瞬变电磁响应密切相关,通过高水材料充填采空区以及水文补勘钻孔观测工程中的瞬变电磁响应进行分析得出,随着含水率的增高(采空区高水材料的充填,采空剥离回填区富水性增强),感应电动势幅值逐渐增大,与理论研究结果相符,上述结论可以作为采空区含水率评判的依据。综上所述,瞬变电磁探测感应电动势增幅变化与采空区含水率密切相关,本文通过理论分析、数值模拟、物理模拟系统化的研究,提出了基于归一化感应电动势增幅进行采空区含水率评价的分析方法,得出了不同含水率采空区的瞬变电磁响应特征,通过采空区高水材料充填效果检验和采空剥离回填区富水性瞬变电磁探测工程应用,进一步验证了该方法的准确性及有效性,研究结论可指导含水采空区的准确识别与解释工作,对保障煤矿安全生产工作具有重要的现实意义。