煤层气产业发展研究的现状与展望

马有才，牟俊玲，李金枝

(山东科技大学经济管理学院，山东 青岛 266000)

煤层气产业是以煤矿安全生产、煤层气资源开发利用为目的的新兴能源产业，具有资金和技术密集性的特点。完整的煤层气产业由以煤层气勘探和开发为主的上游产业、对煤层气进行管道运输和销售的中游产业和对煤层气进行加工利用的相关领域的下游产业组成[1]。

我国拥有丰富的煤层气储量，开发潜力巨大。发展煤层气产业对保障煤矿安全生产、新增能源种类、优化能源结构、践行绿色矿业理念、减少温室气体排放等具有重要意义[2]。国家层面的煤层气开发利用“十一五”规划、“十二五”规划、“十三五”规划的实施，有效地推动了煤层气产业发展。随着这一新兴产业的快速发展，相关科学技术研究也蓬勃开展，科技文献大量涌出。在此背景下，有必要对已有的煤层气产业发展相关文献进行研究，分析梳理煤层气产业发展研究基本特征，主题热点和演进历程，以期对我国煤层气产业发展有所帮助。

1 研究方法与数据来源

论文主要运用文献计量法，科学计量学及图书馆情报学的基本原理，利用Cite Space知识可视化软件，依据共词分析法对我国有关煤层气产业发展的论文进行分析。绘制知识图谱和知识网络图，可视化展示目前煤层气产业发展的研究热点及发展趋势。

文献计量法是一种研究科学文献外部特征的定量分析方法，运用数学和统计学的方法对某一科学领域的发展现状和趋势进行描述、评价及预判。文献计量学主要包括共词分析和共引分析两类方法，应用类型在科学引文索引发行后被分为了两类：评价类和关联类。关联计量学侧重于揭示某一研究中的一些关联，例如新的科研前沿领域，研究领域的认知结构等。对可视化技术的使用是关联文献计量学发展过程中的重大发现，并创建了一新领域：信息可视化研究领域中的知识领域可视化。

科学知识图谱是显示科学知识发展进程和结构关系的一种图像，既是可视化的知识图形又是序列化的知识谱系。Cite Space是陈超美应用Java程序语言开发的一款信息可视化软件，是目前最为常用的知识图谱绘制的工具之一，软件依据共引分析理论和寻经网络算法等对某一领域的文献计量题录数据进行分析处理，并通过图谱展示出科学发展演化趋势和前沿领域。

本文所采用的数据源自于中国学术期刊全文数据库(CNKI)。检索时间为2017年3月17日，选择“高级”检索模式、“期刊”类研究文献，以“煤层气产业”并含“发展”为检索词，以“主题”为检索项，检索时间跨度为1995～2017年，筛选条件为“精确”，文献来源选择“全部期刊”，共检索到768篇期刊论文。对所得文献进行整理，剔除新闻报道，会议通知和法规政策等非学术文献，删除不含关键词以及与煤层气产业发展不相关的论文，共得到591篇有效论文。

2 煤层气产业发展研究基本情况

2.1 煤层气产业发展研究文献

2.1.1 文献年度收录数量统计

我国对煤层气产业发展的研究始于1995年，如图1所示，自2003年我国煤层气产业进入商业化生产阶段后，相关研究文献数量虽有波动，但整体呈增长态势。2013年《煤层气产业政策》的出台，也促进了相关研究的进行。从“煤层气产业发展”这一研究主题历年的发文情况可以看出其理论研究不断成熟且受到越来越多的关注。

图1 文献年度收录数量统计图

2.1.2 文献归属学科统计

推动党风廉政建设与企业经营管理深度融合，切实规范国有企业领导人员廉洁从业行为，架起制度的“高压线”，堵住国资可能的“出血点”，才能推动国有企业持续健康发展。

经统计发现，煤层气产业发展相关研究共涉及40个学科，主要包括工业经济、矿业工程、石油天然气工业、地质学、宏观经济管理与可持续发展、电力工业等，这充分表明了煤层气产业发展的联系多样性及其问题研究的交融性和跨学科性。

2.1.3 文献支持基金来源统计

煤层气产业发展的研究得到27项基金支持，591篇文献中有78篇得到基金支持，基金支持率13.20%。基金支持的文献中，国家自然科学基金支持率为4.23%，国家重点基础研究发展计划(“973”计划)2.54%，国家软科学研究计划1.02%，国家基金较高的支持率表明国家对煤层气产业发展的重视，对煤层气产业发展的研究具有现实意义。

2.2 煤层气产业发展研究重要作者

表1 煤层气产业发展研究重要作者统计表

2.3 煤层气产业发展研究权威机构

由表2可知，对煤层气产业发展的理论研究呈现出一定的区域分布差异，研究主要集中在北京、山西、山东三个省(市)地区。这些地区拥有较多的研究院所，高校资源和大型公司，具有很强的科研能力，山西省更是全国煤层气资源的主要储存地。

表2 煤层气产业发展研究权威机构统计表

3 煤层气产业发展研究热点及演进历程

3.1 煤层气产业发展研究热点

3.1.1 关键词共现及中心性分析

关键词作为文献检索标识，是对文献主要内容的高度概括和浓缩，体现出文章的核心议题，往往代表着学科的知识点，研究的热点和焦点，其变化在一定程度上也能够表示出学科的发展趋势[3]。关键词共词分析通过统计文献中关键词的共词强度来反映词汇间的关联性和亲疏关系[4]。关键词的中心性用来衡量关键词在网络图谱中的链接和媒介作用，中心性越高表明其在网络中的引导与控制作用越强。

表3 煤层气产业发展研究关键词共现及中心性统计表

图2 煤层气产业发展研究关键词共现图

统计发现，我国煤层气产业发展研究的高频且中介中心性在0.1以上的关键词有6个，包括煤层气产业、开发利用、煤层气资源、勘探开发、非常规天然气、洁净煤技术。在热点图谱中，1个节点代表1个关键词，节点大小代表关键词出现频次的多少，节点间的连线表示关键词之间存在共现关系，且连线粗细代表共现次数的多少[5]。如图2所示，煤层气产业处于图谱网络的中心位置，围绕煤层气产业形成了以煤层气资源、洁净煤技术、常规天然气、勘探开发、煤层气抽采、能源结构、沁水盆地等为研究热点的关系网。另外，在图谱中开发利用，产业化、新能源发电、对外合作等关键词的节点圆圈直径较大，连线较多且相对较粗，体现了其在研究主题热点图中的地位和影响力。

3.1.2 关键词共词聚类分析

运用共词聚类分析法进一步讨论煤层气产业发展研究的主题热点间的关系，共词聚类分析是在共词分析的基础上，把共词出现的频率作为研究对象，利用聚类的统计方法，将诸多分析对象之间复杂的共词网状关系，用数目相对较少的类群之间的关系简洁直观地表示出来[6]。通过关键词共词聚类分析，把一些关联密切的关键词聚集在一起形成类团，反映聚类关键词共同的研究方向及关注的热点主题。Cite Space提供的聚类视图(cluster)能够体现出聚类间的结构特征，并突出关键节点和重要链接，利用Cite Space的自动聚类功能，共识别出煤层气产业发展研究的76聚类群，如图3所示。

图3 煤层气产业发展研究关键词主题聚类图

对图谱绘制效果进行评估，如图3左上角英文所示，知识网络的聚类指标模块值(Q值)为0.5584，大于0.3；平均轮廓值(S值)为0.6289，大于0.5，这表明聚类效果较好。Cite Space提供了三种从聚类施引文献中获取聚类主题词的算法[7]，本文在采用默认的TF*IDF加权算法进行自动聚类标识的基础上，对热点关键词进行综合分析，提出煤层气产业发展研究主题。

1) 聚类#0的研究主题是煤层气产业发展战略，主要包括产业化发展和可持续发展两个方向，同时提出对外合作的发展方式，相应的关键词为产业化、产业结构、对外合作、吸引外资、可持续发展等。

2) 聚类#1和聚类#4主要讨论煤层气的综合利用，包括生活燃料、发电、浓缩、液化、合成气、新能源发电、城乡电网建设，通过煤层气的多渠道使用，充分发挥其资源价值。

3) 聚类#3和聚类#5关注的是煤层气的勘探问题，研究方向包括资源评价、地质选区、煤系气协调探采及安全问题四方面，关键词表现为煤层气资源、页岩气、致密气、沁水盆地、煤矿安全事故等。聚类#2涉及的主题是煤层气开发问题，包括煤层气抽采、绿色生产、晋煤集团、钻井液、实验井等研究内容。煤层气的勘探开发是煤层气产业发展的基础，因此加大煤层气勘探力度，增加探明地质储量；针对矿区不同的煤储层特征和地质构造条件，采取因地制宜的开发技术和方式的问题一直以来都受到学者们极大的关注。

4) 聚类#6是对环境保护问题的研究，主题词包括产业政策、节能减排、转型之路、cdm。

3.2 煤层气产业发展研究主题热点演进历程

本研究利用Cite Space软件中的“时区视角”(Time Zone View)功能，时区间隔设为1年，对煤层气产业发展研究的关键词进行纵向分析，探索研究前沿热点及演进情况。绘制煤层气产业发展研究关键词时区演进图谱(图4)。

我国煤层气产业的发展大致分为三个阶段：1952～1989年，煤矿井下瓦斯抽放阶段；1990～2002年地面煤层气勘探实验阶段；2003年至今，煤层气产业形成与发展阶段。分析图4可知，在煤层气产业发展的第一阶段，研究主要集中在煤层气含量的测定，煤层气开发技术，资源评价，勘探实验以及对外合作等方面。从2003年开始，我国煤层气开发技术研究取得一定发展成果，开始商业化生产，研究集中在煤层气产业政策，发展方向，煤层气资源量及其综合利用等方面。值得注意的是，从2009年开始，对我国能源结构调整，经济效益及煤层气产业发展环保问题的相关研究日益增多，且煤层气的勘探开发问题一直都是研究的热点。

4 煤层气产业发展研究的展望

4.1 勘探开发技术创新

充足的探明储量为煤层气的开发利用提供资源保障，因此煤层气的勘探开发仍是未来煤层气产业发展研究的重点内容。以“煤层气”为检索词，在国家自然科学基金项目数据库中检索，综合分析2015～2017年的立项课题可知，未来几年我国煤层气勘探开发研究将围绕煤储层物性、煤层气成藏作用、煤层气资源评价、煤层气井完井技术，排采与增产改造技术展开[8]；利用多维空间专利地图、数据驱动多智能技术、单井空间形态拓扑分析、煤层气水平孔激光智能定向钻进工艺等方法着重加强对低渗透煤层气、深部煤层气、低浓度煤层气和大倾角巨厚煤层气的开发研究；以及围绕改善煤层气勘探开发技术装备和抽采工艺，推进“探采一体化”开发新模式研究，保障已钻井的改造投产工作和已投产井的上产增产工作的顺利进行[9]。

图4 煤层气产业发展研究关键词时区演进图

4.2 协调发展

协调发展是煤层气产业发展研究的主要方向，推进煤层气与煤炭等资源协调开发，地面开采与井下抽采协调发展，上下游及关联产业协调发展。坚持就近利用、余气外输的原则，着重加强管道运输业的发展。管网建设不完善会降低煤层气的利用率，同时，管网的建设和改造增加了企业的生产成本，削弱其开发煤层气的积极性，影响了煤层气产业规模化的商业发展进程。因此，综合考虑可靠性、适应性和经济性三种因素，研究设计既符合当前工况要求，又能适应未来生产工况变化和管网压力波动的煤层气公共输送管线网络，对于煤层气产业发展具有重要的保障作用。

4.3 绿色发展

绿色发展将成为煤层气产业发展研究的新趋向。通过资源综合利用、保障安全生产，减少环境破坏，实现煤层气产业的绿色发展。综合利用不同浓度的煤层气，加大对通风煤层气利用的研究，避免资源浪费。经过多年发展，煤矿事故防治工作取得重大成就，但瓦斯事故没有从根本上得到有效遏制，瓦斯依然是煤矿安全生产“第一杀手”，因此，对煤矿瓦斯安全生产的研究具有重要意义。加快煤层气地面开采基地化与井下瓦斯抽采规模化发展方面的研究与实践，减少温室气体排放，实现经济收益和环境收益的统一[10]。