煤层顶板稳定性是影响煤矿安全生产的主要因素之一。黄玉川煤矿位于准格尔煤田中西部,4煤开采过程中遇到了严重的顶板问题,因此急需对黄玉川煤矿4煤顶板工程地质特征进行有针对性的分析研究,采用适宜的方法对顶板进行定量评价,为顶板管理提供理论依据。基于顶板沉积环境分析,研究了不同沉积环境下顶板的沉积学特征及其工程性质。系统的分析了煤层顶板结构面分布特征,采用分形理论对岩体结构进行了定量评价。以实验室岩石力学实验数据为基础,研究了沉积、构造作用对岩石强度及完整程度的影响,并分析了其空间展布特征。通过理论分析、数值模拟分析,结合4煤顶板工程地质特征,对煤层顶板稳定性影响因素进行了深入研究,并选取了合理的评价指标及标准,以此为基础进行了单因素稳定性分区。运用层次分析法及专家评判系统,运用MTALAB软件对各指标权重进行了求解。分析了传统APH-模糊综合评价模型在顶板稳定性评价中的缺陷,并对其进行了改进,利用mathematics软件图像识别功能对顶板稳定性进行了综合评价。将顶板分为极不稳定、不稳定、较稳定和稳定四类:稳定类占33%,主要分布于研究区北部及东部;较稳定类占27%,多出现在顶板砂岩由厚变薄的过渡区域;不稳定类占24.3%,多沿断层带分布;极不稳定类占15.7%,主要分布在西南部、中部泛滥平原沉积且构造复杂区域。结合矿井生产对评价结果进行了验证,评价结果能够反映顶板实际情况,并给出了相应的顶板管理方法;评价模型简捷准确,在工程综合评价应用中具有推广价值。