近年来，我国煤矿水害事故频发，严重威胁着煤矿的安全生产和工作人员的生命安全，因此成为了各煤矿防治工作的首要任务。而矿井瞬变电磁法凭借其灵活多变、方便快捷、低阻响应灵敏、体积效应小等优点成为了煤矿井下探查含水异常的首选方法。然而，现今国内外各仪器均采用中心回线瞬变电磁晚期场公式进行视电阻率计算，使得小回线观测系统的视电阻率值严重偏低，影响了资料解释的可靠性。论文首先通过地面野外实验，运用单一变量法对可能导致视电阻率值偏低的因素（发射线圈尺寸、匝数及发射电流）进行了研究。通过对实验结果的对比分析，得出了上述三个因素对视电阻率计算的影响特征，并探讨了仪器内固化视电阻率公式对于小回线装置的适用性。针对常规仪器中，采用多匝小回线装置视电阻率读数偏低、与真实情况不符的现象，文中进行了优化观测系统的研究。借鉴频率域测深中常用的小回线装置形式及“8”字形回线装置形式，通过改变发射和接收线圈间的相对几何关系突出二次场信号。通过实验结果的对比分析发现：当发射线圈与接收线圈垂直时，接收线圈不切割发射线圈的磁力线，接收信号中无一次场成分，同时异常体须位于接收线圈中垂线所指方向上，即可突显二次场信号；“8”字形回线装置中异性电磁响应信号的叠加也具有较强的压制噪声的作用，且当异常体与两个发射回线环等距时，压制效果最好。随后研究了收发距、线圈尺寸及匝数的变化对观测结果的影响，为选择最佳观测系统参数、优化观测系统提供了参考依据。