煤矿瓦斯灾害(瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出)、底板突水和冲击矿压是煤矿建设与安全生产的重大隐患和威胁,利用煤矿井下钻井抽采煤层气、加固底板和探测地质结构等是当前国内外煤矿最为常用且直接有效的预防煤矿灾害的技术措施。作为煤矿井下最主要的一种钻进方式,煤矿井下近水平定向钻进需要精确控制井眼轨迹,而电磁随钻测量(EM-MWD)能够随钻监测井底工程参数和地质参数,可为煤矿井下近水平定向钻进井眼轨迹控制提供技术支撑。随着近年来国家对煤矿安全问题的重视,目前我国每年用于煤矿灾害防治的煤矿井下近水平定向钻进施工量巨大,电磁随钻测量以其信号无线通讯、数据传输速率高、不受钻井循环介质影响等优势正日益受到煤矿行业的广泛关注,电磁随钻测量在煤矿井下钻井领域应用前景广阔。目前电磁随钻测量主要应用于石油钻井领域,由于煤矿井下钻进与石油钻进的施工方式和环境不同,因而不能简单地将石油钻井电磁随钻测量移植到煤矿井下钻井领域,需要针对煤矿井下钻进特殊的施工环境和要求设计研发煤矿用电磁随钻测量系统。信号传输特性研究是电磁随钻测量系统研发与工程应用的理论基础,虽然前人在信号传输特性方面做了大量的研究,但这些研究集中在石油钻井方面,而煤矿井下近水平定向钻进与石油钻进信号传输特性有明显区别:①煤矿井下近水平定向钻进EM-MWD信号传输属于全空间问题,而石油钻进EM-MWD信号传输属于半空间问题;②煤矿井下近水平定向钻进钻杆通常平行煤层或围岩延伸,其信道为非轴对称结构,而石油钻进钻杆垂直地层延伸,石油钻进EM-MWD信道为轴对称结构。因此,目前研究成果无法充分揭示煤矿井下近水平定向钻进信号传输特性。研究煤矿井下近水平定向钻进EM-MWD信号传输特性对于促进煤矿用电磁随钻测量系统的设计与研发、指导电磁随钻测量在煤矿井下近水平定向钻进中的施工应用具有重要意义。本文的研究工作围绕煤矿井下近水平定向钻进EM-MWD信号传输特性展开,采用理论研究、仿真分析和缩比模型实验的手段,研究了本煤层钻进、顶板高位钻进和邻煤层穿层钻进三种常见钻进方式的信号传输特性。论文共分为以下五个部分:第一章绪论部分,阐述了煤矿井下近水平定向钻进EM-MWD信号传输特性的研究意义,介绍了国内外煤矿井下随钻测量近水平定向钻进技术和电磁随钻测量技术及信号传输特性研究现状,确定了本文的研究内容和技术路线,阐明了本论文的创新点。第二章为EM-MWD信号传输理论研究,首先介绍了EM-MWD工作机理,阐述了井下钻进信号传输与地面钻进信号传输分别属于全空间问题和半空间问题;然后基于等效传输线理论推导了地面钻进均质地层、地面钻进纵向分层地层和井下钻进均质地层三种信号传输模型,并对三种模型的信号传输特性进行了分析,地面钻进纵向分层地层和井下钻进均质地层模型的信号传输特性可为后续章节提供理论验证。第三章是本论文的核心部分,首先介绍了EM-MWD信号传输ANSYS仿真基本理论,然后建立本煤层钻进、顶板高位钻进和邻煤层穿层钻进三种常见钻进方式的信号传输仿真模型,对三种钻进方式信号传输特性进行了分析,得出相关结论,指导煤矿用EM-MWD系统设计与工程应用。第四章为实验部分,介绍了缩比模型实验原理、意义及可行性,设计并开展了信号传输缩比模型实验,实验验证煤矿井下近水平定向钻进EM-MWD信号传输特性的部分研究结果。第五章对本文的研究成果进行了总结,并针对本文研究存在的问题和不足之处,提出了今后需要进一步深入研究和改进的地方。