为提升瞬变电磁超前探测矿井老空水的准确性，通过建立掘进工作面前方不同位置的老空水模型，采用基于非均匀网格的三维时域有限差分法进行正演模拟，结合实例分析了全空间条件下老空水的瞬变电磁场响应特征。结果表明：存在老空水的区域瞬变电磁场响应曲线明显畸变，观测信号以老空水影响下的电磁场衰减信息为主；老空水距离发射源越近，磁场响应时间越早，法线方向的磁场分量低阻响应更强；采用多方向多角度的瞬变电磁观测系统有利于定位矿井老空水的空间位置和分布范围。