我国侏罗纪煤田分布范围较广、储量大、开采难度小、存在巨大的开发潜力。然而该时代的煤层顶板多为弱胶结地层,其具有成岩时间短、强度低、弱胶结,遇水易软化崩解等特点,在煤炭开采过程中容易引发顶板突水事故。研究弱胶结煤层顶板的物理力学特征及富水性规律已经成为煤炭安全生产的当务之急。本论文以通格朗井田2-1煤顶板弱胶结地层为研究对象,采用物理力学实验对弱胶结地层的物理力学特征进行了研究;采用岩石细观结构实验对弱胶结地层的矿物成分、颗粒接触关系、胶结类型、孔隙特征等进行了研究;选取了 2-1煤顶板砂岩含水层富水性评价的主控因素,建立了富水性评价指标模型,对2-1煤弱胶结顶板砂岩直接充水含水层和间接充水含水层的富水性进行了分区评价;对弱胶结砂岩含水层细观孔隙结构进行分类,研究了其对含水层富水性的影响。本论文取得的主要研究成果如下:(1)弱胶结砂岩的密度介于2.05～2.23g/cm3,单轴抗压强度介于10～30MPa、抗拉强度介于0.5～1.0MPa,弹性模量介于3.00～7.00GPa,粘聚力介于2.0～5.0MPa,与常规砂岩对比,具有密度低、力学强度较低和宏观破坏后的表现出很大差异等特点;侏罗系砂岩浸泡水后基本上不崩解,白垩系砂岩浸泡水后存在部分崩解。(2)弱胶结砂岩矿物成分以石英、长石为主,还含有方解石、白云石、方沸石、黄铁矿、黑云母等,这些矿物构成弱胶结砂岩的骨架颗粒,而弱胶结砂岩的胶结物主要是绿泥石、伊利石和高岭石等黏土矿物;弱胶结砂岩颗粒接触主要以线接触为主,侏罗系弱胶结砂岩的分选性中等,白垩系弱胶结砂岩的分选性差,两者整体磨圆度都比较差,胶结物多以泥质胶结为主,钙质胶结次之,胶结类型多为孔隙式胶结,接触式胶结次之;弱胶结砂岩粒间孔隙数量多,孔隙度在15～30%范围内,且大孔喉分布集中,渗透性能较好;利用测井声波时差(AC)值对井田内的孔渗参数进行了预测。(3)基于对弱胶结砂岩细观结构的研究,选取了砂岩等效厚度、砂泥互层数、砂泥比、岩芯采取率、孔隙度和渗透率六个影响含水层富水性的主控因素;采用层次分析法与变异系数法主客观相结合的赋权方法对主控因素进行赋权;利用GIS强大的多源信息融合功能对2-1煤顶板直接充水含水层与间接充水含水层进行富水性评价;采用单位涌水量专题图对富水性评价结果进行了验证,验证结果表明两者的趋势大致一致,富水性评价结果可靠。(4)利用PCAS软件提取细观孔隙结构的部分参数,将弱胶结砂岩细观孔隙结构分为3类。计算了孔隙特征参数的加权平均值并与钻孔对应层位单位涌水量进行了对比,结果表明:相同层位的含水层孔隙加权分形维值越大,排驱压力值越小,对应的钻孔单位涌水量越大,富水性越强。