砂岩的微观孔隙结构特征决定了砂岩含水层的富水性、渗透性，砂岩含水层富水性预测是矿井防治水必须首先研究与解决的重要问题。以陕北侏罗纪煤田柠条塔煤矿为例，分别采集直罗组3块、延安组4块不同岩性典型砂岩样品，通过运用普通薄片、铸体薄片、高压压汞、核磁共振等实验测试技术，结合MATLAB图像分析功能，研究了不同时代地层、不同岩性砂岩微观孔隙特征，联合高压压汞与核磁共振法获得孔喉半径分布，综合砂岩微观孔隙结构测试结果，将孔隙结构按照孔喉大小、分布及连通性的好坏依次划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ种类型，对比钻孔抽水试验成果的钻孔单位涌水量，分析了砂岩微观孔隙结构与富水性之间存在的关系。研究结果表明：Ⅰ类孔隙结构较Ⅱ、Ⅲ类孔隙结构的粗粒与中粒砂岩比例高、排驱压力小、T₂谱主峰的位置靠后；高压压汞与核磁共振所得孔隙半径分布基本一致；相同地层时代相同岩性条件下，风化程度越强，富水性越强；相同地层时代不同岩性条件下，粗、中粒砂岩较粉砂岩富水性强；不同地层时代相同岩性条件下，直罗组微观孔隙结构较好的Ⅰ类孔隙结构富水性强于延安组微观孔隙结构较差的Ⅱ类孔隙结构。为砂岩含水层特征研究及其富水性科学预测提供了一种新思路，为矿井防治水与水资源保护提供了技术支撑。