在煤矿井下生产过程中,煤岩界面的预先、精准识别对无人化采煤和钻孔地质导向具有重要意义,是实现煤矿智能化开采的关键技术之一。现有煤矿井下物探和钻孔测量方法对煤岩界面探测精度较低,无法满足采掘工作面数字化模型构建精度的需要。方位电磁波探测仪器具有方位分辨能力和较大探测深度,对煤岩界面探测有较大应用潜力。由于测量环境不同,现有的油田商用测井仪器无法直接用于煤矿井下顺煤层钻孔测量,因此,开展适用于煤矿井下煤岩界面识别的顺煤层钻孔方位电磁波探测基础研究具有重要意义。本文以煤矿井下煤岩界面为研究对象,采用理论研究和数值模拟相结合的方法建立了顺煤层钻孔方位电磁波探测的计算模型,开发了水平分层地层模型计算软件,研究了方位电磁波探测方法的测量原理、测量响应影响因素、典型响应特征、探测范围、分辨能力等基本问题;针对煤矿井下测量环境,优选了方位电磁波线圈系参数,分析了优选线圈系在煤矿井下水平孔中的响应特征及在起伏地层、采空区等复杂三维地质模型中的响应特征和探测能力;最后,提出了一种基于多任务深度卷积网络的方位电磁波探测数据反演新方法。本文的主要研究成果如下:1)基于静止介质的麦克斯韦方程组,引入复介电常数,推导了平面电磁波在煤岩界面的反射波和透射波的波场表达式。在此基础上,分析了煤岩层界面电磁波传播受电阻率和介电常数的影响,为方位电磁波仪器设计奠定了理论基础;建立了煤岩界面方位电磁波典型测量响应正演模型,采用广义反射系数法和有限元方法计算了线圈系构成、发射频率、源距、线圈半径、孔斜角、层厚、电阻率值、电阻率对比度、钻孔直径和钻孔流体、地层电阻率各向异性等因素变化时的测量响应,明确了影响方位电磁波探边距离的主要因素和次要因素,揭示了其对测量响应的影响规律。2)基于理论研究和数值模拟结果,优选了用于煤矿井下煤岩界面识别的方位电磁波线圈系结构和参数,提出双倾斜正交线圈系在水平钻孔煤岩界面识别中具有较好的适用性。分析了优选线圈系的频率、源距和电阻率对比度等响应特征及其分辨能力,考察了优选线圈系在起伏地层和采空区等复杂地质模型中的探测特性与煤岩界面探测能力。结果表明:优选方位电磁波线圈系对起伏地层和低阻采空区具有较好的探测能力。3)针对梯度类数据反演方法无法同时获得较高精度和较快速度的缺点,提出并建立了多任务深度卷积神经网络和端到端全卷积神经网络的方位电磁波探测数据反演新方法。分析了卷积神经网络各构成部分对电磁波数据反演的作用,优化了两种深度卷积神经网络的反演参数。结果表明:该方法计算速度较快且具有较好的鲁棒性,能够准确地将方位电磁波正演数据映射为需要反演的煤层电阻率和煤岩界面探边距离。