智能化煤矿综采工作面要求采煤机在工作时能够根据开采环境自动调节滚筒的高度,而滚筒高度的自动调节首先需要进行上保护层厚度检测和煤岩界面识别,因此采煤工作面上保护层检测对于智能机械化采煤具有重要意义。论文分析了主流煤岩界面探测技术的特点,总结出探地雷达最适于留煤厚型开采方式的煤岩界面识别。在研究了煤层中探地雷达信号损耗特性的基础上,仿真分析了煤层中电磁波相速度、衰减系数与频率的关系,为探地雷达应用于煤层探测时中心频率的选择以及相速度、路径损耗计算方法的选择提供依据。根据采煤工作面中的信号特征,建立了上保护层探测模型,研究了采煤机附近混合气体介电常数以及衰减常数的计算方法,利用电磁波在探测上保护煤层时的路径损耗以及在介质分界面上的反射特性得到了基于电波损耗特性的保护煤层厚度计算方法并提出了一种上保护层覆岩识别算法。对采煤工作面中不同情形下的覆岩识别进行了仿真分析,仿真结果表明了算法的有效性以及采煤机附近混合气体介电特性研究的必要性。为了提高采煤工作面探地雷达回波数据的解释准确度,采用时域有限差分方法(FDTD)进行了探地雷达正演模拟,并以二维FDTD仿真为例,对不同层厚的完全匹配层(PML)吸收边界条件的吸收效果进行了仿真分析,为FDTD算法进行正演仿真时吸收边界条件的设置奠定基础。分别实现了探地雷达在上保护煤层中的厚度检测、简单地质构造、煤层中的异常水体和空洞、褶皱煤层以及煤层中常见的破碎带、富水破碎带问题的正演模拟,总结出了各自的探地雷达剖面图特征,为煤层中实际探测目标体的识别和探地雷达成像资料的研究提供了依据。