受传统的矿井突水预测评价理论和方法的限制,一般仅将隔水层做简单概化处理,没有考虑复杂水文地质结构对顶底板破坏带和矿井突水的影响。在隔水关键层理论提出后,开展复杂水文地质结构对顶底板破坏带及矿井突水影响的深入研究,具有重要的理论和实际应用意义。本文以位于江苏省徐州市西北部李堂煤矿为例,对复杂水文地质结构对顶底板突水控制的作用进行研究,通过井下钻探、分阶段放水试验、岩层结构探查、水质分析测试、岩样物理力学强度测试等手段阐述了该区的水文地质条件及工程地质条件,依据隔水关键层理论对其顶底板隔水结构分析,提出了李堂矿区顶底板隔水关键层结构模型及其划分方法,并基于FLAC3D数值模拟软件对隔水关键层结构对顶底板采动破坏规律影响进行研究,对比分析了隔水关键层结构对突水危险性的影响,提出相应的水害防治对策。得到的主要认识有:(1)李堂煤矿构造复杂,断层将井田切割成不同的块段结构,但边界断层主要为隔水断层,控制了各含水层的侧向补给;9-2煤顶底板复杂隔水层结构,控制了各含水层的垂向补给,各含水层均为弱富水含水层且无水力联系;(2)李堂矿的不同块段泥岩强度差别较大,分析认为:强度较低的泥岩自身具有较好的隔水性;有些泥岩尽管强度较大,但其遇水后裂隙会封闭,仍具有隔水性能,在此基础上,认为其顶底板岩层结构均符合软硬相间的隔水关键层特征;(3)基于隔水关键层理论提出了李堂煤矿的隔水结构模型:二、三采区顶板“三硬三软交替互层”,底板为“五硬五软交替互层”隔水结构;一采区顶板为“两硬两软交替互层”,底板为“五硬五软交替互层”隔水结构;(4)采用FLAC3D模拟了隔水关键层结构对顶底板采动破坏的影响,模拟结果为:一采区开采顶板破坏范围为26.7m,底板破坏深度为16.3m;二、三采区开采顶板破坏范围为29.8m,底板破坏深度为6.8m;与经验公式计算结果有不同程度的差别,分析认为是隔水关键层中软、硬相间的复杂结构对采动影响下的顶板导水裂隙带和底板破坏带的发育有程度不同的控制作用;(5)对顶底板突水危险性对比评价结果表明:在考虑隔水关键层结构对顶底板破坏带高度和深度的限制作用的情况下,部分区域顶底板突水危险性发生明显改变。