针对煤层顶板承压含水层涌水模式不清的问题，从煤层回采过程中顶板含水层涌水的时空变化特征入手，提出顶板含水层涌水量由静态储存量和动态补给量构成，认为静态储存量主要受来压步距、顶板垮落和导水裂隙(合称冒裂)影响区含水层厚度、含水层给水度控制，动态补给量主要受冒裂影响区外围含水层厚度、渗透性流场中水力梯度和过水断面面积控制；根据导水裂隙波及含水层情况，将顶板含水层涌水模式划分为井底进水的触及井涌水、井壁及井底进水的非完整井涌水和井壁进水的完整井涌水3种模式，并基于地下水渗流理论给出不同涌水模式下动态补给水量计算公式；针对以往疏放水钻孔数量多及疏放水量大的问题，以实现工作面顶板含水层静态储存量疏放后动态补给量可控为目的，提出冒裂区高度控制钻孔深度、单孔水位影响半径控制钻孔布置间距、钻孔疏放水量稳定时间控制超前疏放时间的疏放水钻孔优化设计理念，对疏放水及疏放钻孔布置进行优化，形成系统的顶板含水层水疏放体系。研究结果丰富了煤层顶板含水层涌水量计算和控制方法，对顶板水害防控具有实际的指导意义。