榆神矿区是我国陕北煤炭基地的重要组成部分，针对榆神矿区煤层开采顶板覆岩含水层涌水规律研究不足等问题，通过系统分析地质与水文地质结构特征，将矿区开采煤层覆岩划分为松散孔隙、基岩与风化裂隙、烧变岩孔洞裂隙4个含水层组，以及主、亚2个隔水保护层组；根据煤层采动导水裂隙与覆岩含（隔）水层组不同组合关系下的含水层涌水特征，提出了浅埋煤层侧向直接涌水、中深煤层侧向与垂向复合涌水，以及深埋煤层侧向涌水与垂向弱涌水3种含水层涌水模式；并采用数值分析方法，以榆神矿区典型矿井为研究对象，构建了采煤工作面尺度上煤层开采3种模式涌水分析模型，模拟结果显示，浅埋煤层侧向直接涌水型（凉水井井田），主采煤层为4-2煤层，采动导水裂隙直接发育至松散含水层，工作面顶部含水层被疏干，总涌水量为47m3/h，地下水流场受采动影响大；深埋煤层侧向涌水与垂向微涌水型（小壕兔1号井田），主采煤层为1-2煤层，采动导水裂隙发育至基岩含水层，总涌水量为21.87m3/h，以侧向涌水为主，由于主、亚隔水层复合保护，垂向涌水微弱；中深煤层侧向与垂向复合涌水型（曹家滩井田），主采煤层为2-2煤层（均厚约11m），在分层开采条件下导水裂隙发育至基岩含水层内部，其侧向涌水量为23.17m3/h，垂向涌水量为12.67m3/h，地表松散含水层地下水流场变化较小，在一次采全高条件下导水裂隙突破亚隔水层，发育至风化基岩含水层底部，总涌水量增至131m3/h，对松散含水层影响较大。此外，当导水裂隙带高度小于180m、不能沟通风化基岩含水层时，随导高增加涌水量增加幅度不大，当导高大于180m、导水裂隙揭露富水性较好的风化基岩含水层时，涌水量增加幅度较大，由此可见，抑制导水裂隙发育高度与覆岩强含水层的接触关系，是控制煤层覆岩涌水的一项重要措施，研究成果为我国西部干旱、半干旱矿区开展顶板水害防控与水资源协同保护提供了科学依据。