巷道掘进前方隐伏的导、含水构造极易造成矿井突水事故的发生,对煤矿的安全生产构成了极大的威胁。研究和应用非接触式的地球物理超前探测技术,准确及时地预报掘进前方隐伏的导、含水构造,对于煤矿的防治水工作与安全生产具有十分重要的现实意义。瞬变电磁超前探测技术具有方便快捷、对含水构造反映灵敏、探测距离大等许多优点,目前在我国许多矿区展开了应用,但理论研究相对滞后。本文综合应用数值模拟、物理模拟、井下实体实验等方法与手段,对瞬变电磁超前探测机理与技术进行了系统研究。论文的主要成果及创新点如下:(1)根据煤系地层成层分布的地电断面特征与瞬变电磁井下超前探测方法,提出了全空间磁偶源垂直层理与平行层理的激发概念;(2)基于瞬变电磁场的扩散方程,建立了2.5D时间域瞬变电磁场的有限差分方程,采用余弦滤波技术解决了波数域激发源的设置问题,编制了2.5D全空间瞬变电磁场时间域有限差分程序;(3)运用自编有限差分程序,模拟呈现了磁偶源垂直层理激发与平行层理激发两种方式下全空间瞬变电场的扩散衰减过程,得到了不同地电断面瞬变磁场的响应特征,并根据瞬变电磁超前探测需要解决的地质问题,研究了含断层、陷落柱层状全空间瞬变电磁场的扩散衰减规律与响应特征,进而揭示了瞬变电磁超前探测技术机理;(4)自主设计了含巷道空间的瞬变电磁超前探测物理模拟实验系统,对不同地质构造进行了物理模拟,得到了瞬变电磁超前探测数据采集方式下不同异常体的响应特征;(5)通过井下现场实验,总结分析了掘进机械对瞬变电磁超前探测结果的影响特点,给出了规避其干扰的施工距离。