煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究的現(xiàn)狀與展望

馬有才，牟俊玲，李金枝

(山東科技大學經(jīng)濟管理學院，山東 青島 266000)

煤層氣產(chǎn)業(yè)是以煤礦安全生產(chǎn)、煤層氣資源開發(fā)利用為目的的新興能源產(chǎn)業(yè)，具有資金和技術(shù)密集性的特點。完整的煤層氣產(chǎn)業(yè)由以煤層氣勘探和開發(fā)為主的上游產(chǎn)業(yè)、對煤層氣進行管道運輸和銷售的中游產(chǎn)業(yè)和對煤層氣進行加工利用的相關領域的下游產(chǎn)業(yè)組成[1]。

我國擁有豐富的煤層氣儲量，開發(fā)潛力巨大。發(fā)展煤層氣產(chǎn)業(yè)對保障煤礦安全生產(chǎn)、新增能源種類、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、踐行綠色礦業(yè)理念、減少溫室氣體排放等具有重要意義[2]。國家層面的煤層氣開發(fā)利用“十一五”規(guī)劃、“十二五”規(guī)劃、“十三五”規(guī)劃的實施，有效地推動了煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展。隨著這一新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，相關科學技術(shù)研究也蓬勃開展，科技文獻大量涌出。在此背景下，有必要對已有的煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關文獻進行研究，分析梳理煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究基本特征，主題熱點和演進歷程，以期對我國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展有所幫助。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

論文主要運用文獻計量法，科學計量學及圖書館情報學的基本原理，利用Cite Space知識可視化軟件，依據(jù)共詞分析法對我國有關煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的論文進行分析。繪制知識圖譜和知識網(wǎng)絡圖，可視化展示目前煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的研究熱點及發(fā)展趨勢。

文獻計量法是一種研究科學文獻外部特征的定量分析方法，運用數(shù)學和統(tǒng)計學的方法對某一科學領域的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進行描述、評價及預判。文獻計量學主要包括共詞分析和共引分析兩類方法，應用類型在科學引文索引發(fā)行后被分為了兩類：評價類和關聯(lián)類。關聯(lián)計量學側(cè)重于揭示某一研究中的一些關聯(lián)，例如新的科研前沿領域，研究領域的認知結(jié)構(gòu)等。對可視化技術(shù)的使用是關聯(lián)文獻計量學發(fā)展過程中的重大發(fā)現(xiàn)，并創(chuàng)建了一新領域：信息可視化研究領域中的知識領域可視化。

科學知識圖譜是顯示科學知識發(fā)展進程和結(jié)構(gòu)關系的一種圖像，既是可視化的知識圖形又是序列化的知識譜系。Cite Space是陳超美應用Java程序語言開發(fā)的一款信息可視化軟件，是目前最為常用的知識圖譜繪制的工具之一，軟件依據(jù)共引分析理論和尋經(jīng)網(wǎng)絡算法等對某一領域的文獻計量題錄數(shù)據(jù)進行分析處理，并通過圖譜展示出科學發(fā)展演化趨勢和前沿領域。

本文所采用的數(shù)據(jù)源自于中國學術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫(CNKI)。檢索時間為2017年3月17日，選擇“高級”檢索模式、“期刊”類研究文獻，以“煤層氣產(chǎn)業(yè)”并含“發(fā)展”為檢索詞，以“主題”為檢索項，檢索時間跨度為1995～2017年，篩選條件為“精確”，文獻來源選擇“全部期刊”，共檢索到768篇期刊論文。對所得文獻進行整理，剔除新聞報道，會議通知和法規(guī)政策等非學術(shù)文獻，刪除不含關鍵詞以及與煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展不相關的論文，共得到591篇有效論文。

2 煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究基本情況

2.1 煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究文獻

2.1.1 文獻年度收錄數(shù)量統(tǒng)計

我國對煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的研究始于1995年，如圖1所示，自2003年我國煤層氣產(chǎn)業(yè)進入商業(yè)化生產(chǎn)階段后，相關研究文獻數(shù)量雖有波動，但整體呈增長態(tài)勢。2013年《煤層氣產(chǎn)業(yè)政策》的出臺，也促進了相關研究的進行。從“煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展”這一研究主題歷年的發(fā)文情況可以看出其理論研究不斷成熟且受到越來越多的關注。

圖1 文獻年度收錄數(shù)量統(tǒng)計圖

2.1.2 文獻歸屬學科統(tǒng)計

推動黨風廉政建設與企業(yè)經(jīng)營管理深度融合，切實規(guī)范國有企業(yè)領導人員廉潔從業(yè)行為，架起制度的“高壓線”，堵住國資可能的“出血點”，才能推動國有企業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關研究共涉及40個學科，主要包括工業(yè)經(jīng)濟、礦業(yè)工程、石油天然氣工業(yè)、地質(zhì)學、宏觀經(jīng)濟管理與可持續(xù)發(fā)展、電力工業(yè)等，這充分表明了煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的聯(lián)系多樣性及其問題研究的交融性和跨學科性。

2.1.3 文獻支持基金來源統(tǒng)計

煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的研究得到27項基金支持，591篇文獻中有78篇得到基金支持，基金支持率13.20%。基金支持的文獻中，國家自然科學基金支持率為4.23%，國家重點基礎研究發(fā)展計劃(“973”計劃)2.54%，國家軟科學研究計劃1.02%，國家基金較高的支持率表明國家對煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重視，對煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的研究具有現(xiàn)實意義。

2.2 煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究重要作者

表1 煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究重要作者統(tǒng)計表

2.3 煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究權(quán)威機構(gòu)

由表2可知，對煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的理論研究呈現(xiàn)出一定的區(qū)域分布差異，研究主要集中在北京、山西、山東三個省(市)地區(qū)。這些地區(qū)擁有較多的研究院所，高校資源和大型公司，具有很強的科研能力，山西省更是全國煤層氣資源的主要儲存地。

表2 煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究權(quán)威機構(gòu)統(tǒng)計表

3 煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究熱點及演進歷程

3.1 煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究熱點

3.1.1 關鍵詞共現(xiàn)及中心性分析

關鍵詞作為文獻檢索標識，是對文獻主要內(nèi)容的高度概括和濃縮，體現(xiàn)出文章的核心議題，往往代表著學科的知識點，研究的熱點和焦點，其變化在一定程度上也能夠表示出學科的發(fā)展趨勢[3]。關鍵詞共詞分析通過統(tǒng)計文獻中關鍵詞的共詞強度來反映詞匯間的關聯(lián)性和親疏關系[4]。關鍵詞的中心性用來衡量關鍵詞在網(wǎng)絡圖譜中的鏈接和媒介作用，中心性越高表明其在網(wǎng)絡中的引導與控制作用越強。

表3 煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究關鍵詞共現(xiàn)及中心性統(tǒng)計表

圖2 煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究關鍵詞共現(xiàn)圖

統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，我國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究的高頻且中介中心性在0.1以上的關鍵詞有6個，包括煤層氣產(chǎn)業(yè)、開發(fā)利用、煤層氣資源、勘探開發(fā)、非常規(guī)天然氣、潔凈煤技術(shù)。在熱點圖譜中，1個節(jié)點代表1個關鍵詞，節(jié)點大小代表關鍵詞出現(xiàn)頻次的多少，節(jié)點間的連線表示關鍵詞之間存在共現(xiàn)關系，且連線粗細代表共現(xiàn)次數(shù)的多少[5]。如圖2所示，煤層氣產(chǎn)業(yè)處于圖譜網(wǎng)絡的中心位置，圍繞煤層氣產(chǎn)業(yè)形成了以煤層氣資源、潔凈煤技術(shù)、常規(guī)天然氣、勘探開發(fā)、煤層氣抽采、能源結(jié)構(gòu)、沁水盆地等為研究熱點的關系網(wǎng)。另外，在圖譜中開發(fā)利用，產(chǎn)業(yè)化、新能源發(fā)電、對外合作等關鍵詞的節(jié)點圓圈直徑較大，連線較多且相對較粗，體現(xiàn)了其在研究主題熱點圖中的地位和影響力。

3.1.2 關鍵詞共詞聚類分析

運用共詞聚類分析法進一步討論煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究的主題熱點間的關系，共詞聚類分析是在共詞分析的基礎上，把共詞出現(xiàn)的頻率作為研究對象，利用聚類的統(tǒng)計方法，將諸多分析對象之間復雜的共詞網(wǎng)狀關系，用數(shù)目相對較少的類群之間的關系簡潔直觀地表示出來[6]。通過關鍵詞共詞聚類分析，把一些關聯(lián)密切的關鍵詞聚集在一起形成類團，反映聚類關鍵詞共同的研究方向及關注的熱點主題。Cite Space提供的聚類視圖(cluster)能夠體現(xiàn)出聚類間的結(jié)構(gòu)特征，并突出關鍵節(jié)點和重要鏈接，利用Cite Space的自動聚類功能，共識別出煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究的76聚類群，如圖3所示。

圖3 煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究關鍵詞主題聚類圖

對圖譜繪制效果進行評估，如圖3左上角英文所示，知識網(wǎng)絡的聚類指標模塊值(Q值)為0.5584，大于0.3；平均輪廓值(S值)為0.6289，大于0.5，這表明聚類效果較好。Cite Space提供了三種從聚類施引文獻中獲取聚類主題詞的算法[7]，本文在采用默認的TF*IDF加權(quán)算法進行自動聚類標識的基礎上，對熱點關鍵詞進行綜合分析，提出煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究主題。

1) 聚類#0的研究主題是煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，主要包括產(chǎn)業(yè)化發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展兩個方向，同時提出對外合作的發(fā)展方式，相應的關鍵詞為產(chǎn)業(yè)化、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、對外合作、吸引外資、可持續(xù)發(fā)展等。

2) 聚類#1和聚類#4主要討論煤層氣的綜合利用，包括生活燃料、發(fā)電、濃縮、液化、合成氣、新能源發(fā)電、城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設，通過煤層氣的多渠道使用，充分發(fā)揮其資源價值。

3) 聚類#3和聚類#5關注的是煤層氣的勘探問題，研究方向包括資源評價、地質(zhì)選區(qū)、煤系氣協(xié)調(diào)探采及安全問題四方面，關鍵詞表現(xiàn)為煤層氣資源、頁巖氣、致密氣、沁水盆地、煤礦安全事故等。聚類#2涉及的主題是煤層氣開發(fā)問題，包括煤層氣抽采、綠色生產(chǎn)、晉煤集團、鉆井液、實驗井等研究內(nèi)容。煤層氣的勘探開發(fā)是煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎，因此加大煤層氣勘探力度，增加探明地質(zhì)儲量；針對礦區(qū)不同的煤儲層特征和地質(zhì)構(gòu)造條件，采取因地制宜的開發(fā)技術(shù)和方式的問題一直以來都受到學者們極大的關注。

4) 聚類#6是對環(huán)境保護問題的研究，主題詞包括產(chǎn)業(yè)政策、節(jié)能減排、轉(zhuǎn)型之路、cdm。

3.2 煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究主題熱點演進歷程

本研究利用Cite Space軟件中的“時區(qū)視角”(Time Zone View)功能，時區(qū)間隔設為1年，對煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究的關鍵詞進行縱向分析，探索研究前沿熱點及演進情況。繪制煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究關鍵詞時區(qū)演進圖譜(圖4)。

我國煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展大致分為三個階段：1952～1989年，煤礦井下瓦斯抽放階段；1990～2002年地面煤層氣勘探實驗階段；2003年至今，煤層氣產(chǎn)業(yè)形成與發(fā)展階段。分析圖4可知，在煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第一階段，研究主要集中在煤層氣含量的測定，煤層氣開發(fā)技術(shù)，資源評價，勘探實驗以及對外合作等方面。從2003年開始，我國煤層氣開發(fā)技術(shù)研究取得一定發(fā)展成果，開始商業(yè)化生產(chǎn)，研究集中在煤層氣產(chǎn)業(yè)政策，發(fā)展方向，煤層氣資源量及其綜合利用等方面。值得注意的是，從2009年開始，對我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，經(jīng)濟效益及煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)保問題的相關研究日益增多，且煤層氣的勘探開發(fā)問題一直都是研究的熱點。

4 煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究的展望

4.1 勘探開發(fā)技術(shù)創(chuàng)新

充足的探明儲量為煤層氣的開發(fā)利用提供資源保障，因此煤層氣的勘探開發(fā)仍是未來煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究的重點內(nèi)容。以“煤層氣”為檢索詞，在國家自然科學基金項目數(shù)據(jù)庫中檢索，綜合分析2015～2017年的立項課題可知，未來幾年我國煤層氣勘探開發(fā)研究將圍繞煤儲層物性、煤層氣成藏作用、煤層氣資源評價、煤層氣井完井技術(shù)，排采與增產(chǎn)改造技術(shù)展開[8]；利用多維空間專利地圖、數(shù)據(jù)驅(qū)動多智能技術(shù)、單井空間形態(tài)拓撲分析、煤層氣水平孔激光智能定向鉆進工藝等方法著重加強對低滲透煤層氣、深部煤層氣、低濃度煤層氣和大傾角巨厚煤層氣的開發(fā)研究；以及圍繞改善煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)裝備和抽采工藝，推進“探采一體化”開發(fā)新模式研究，保障已鉆井的改造投產(chǎn)工作和已投產(chǎn)井的上產(chǎn)增產(chǎn)工作的順利進行[9]。

圖4 煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究關鍵詞時區(qū)演進圖

4.2 協(xié)調(diào)發(fā)展

協(xié)調(diào)發(fā)展是煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究的主要方向，推進煤層氣與煤炭等資源協(xié)調(diào)開發(fā)，地面開采與井下抽采協(xié)調(diào)發(fā)展，上下游及關聯(lián)產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展。堅持就近利用、余氣外輸?shù)脑瓌t，著重加強管道運輸業(yè)的發(fā)展。管網(wǎng)建設不完善會降低煤層氣的利用率，同時，管網(wǎng)的建設和改造增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本，削弱其開發(fā)煤層氣的積極性，影響了煤層氣產(chǎn)業(yè)規(guī)模化的商業(yè)發(fā)展進程。因此，綜合考慮可靠性、適應性和經(jīng)濟性三種因素，研究設計既符合當前工況要求，又能適應未來生產(chǎn)工況變化和管網(wǎng)壓力波動的煤層氣公共輸送管線網(wǎng)絡，對于煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的保障作用。

4.3 綠色發(fā)展

綠色發(fā)展將成為煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究的新趨向。通過資源綜合利用、保障安全生產(chǎn)，減少環(huán)境破壞，實現(xiàn)煤層氣產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展。綜合利用不同濃度的煤層氣，加大對通風煤層氣利用的研究，避免資源浪費。經(jīng)過多年發(fā)展，煤礦事故防治工作取得重大成就，但瓦斯事故沒有從根本上得到有效遏制，瓦斯依然是煤礦安全生產(chǎn)“第一殺手”，因此，對煤礦瓦斯安全生產(chǎn)的研究具有重要意義。加快煤層氣地面開采基地化與井下瓦斯抽采規(guī)模化發(fā)展方面的研究與實踐，減少溫室氣體排放，實現(xiàn)經(jīng)濟收益和環(huán)境收益的統(tǒng)一[10]。