随着国家煤炭企业兼并重组与煤炭资源整合政策的实施，老窑采空区成为国有大型煤矿实现安全开采所面临的最为严重的潜在突水隐患之一，“十一五”期间老空区突水占水害事故的88%。因此，开展老窑采空区的综合探测技术研究意义重大。本论文查阅了多年来国内外煤矿采空区探测技术的相关文献，调研了煤层采空区的特征和小煤窑房柱式采煤的特点，提出煤矿采空区综合物探的技术思路。在此基础上，本文首先采用三维地震波数值模拟软件和Tesseral-2D正演模拟软件，对煤矿采空区的地震波场进行了数值模拟，得到了地震波在采空区的传播特点，即采空区的正下方都会得到类似于串珠状的波形，还做了采空区的TEM正演模拟，得到TEM对采空区未充水时呈高阻反应，充水时呈低阻反应；其次，采用高密度二维地震、三维地震、高密度电法、瞬变电磁等对小窑采空区进行了实例研究，分析认为采空区在地震剖面上表现为同相轴的缺失，在电磁法剖面上含水采空区为低阻异常、不含水的采空区为高阻异常；最后，借助于地面钻探手段，对综合物探的解释结果进行了钻孔验证，取得了较好的效果。本论文的研究结果表明，探测老窑采空区的各种物探方法都有它的适用条件，例如三维地震勘探分辨率高、探测深度大，高密度二维地震则对采空区边界的摆动范围能够进一步的确定，高密度电法对深度较浅的的采空区分辨率高，瞬变电磁法对含水采空区的探测很准确。但是，三维地震对采空区内是否被充填、是被哪种物质充填等的探测不是很准确，高密度二维地震因为实际频率达不到数值模拟那么高而影响了探测精度，高密度电法探测深度越大其效果受到影响越大，瞬变电磁法对于不含水采空区的探测准确度不高。因此，要解决好老窑采空区的探测问题，应该树立综合使用各种物探手段的思想，针对不同地质问题灵活搭配应用各种物探手段。本论文也证实了综合物探方法探测老窑采空区是可行的、有效的。