为研究外源最佳铁镍离子组合对煤发酵产气过程的影响机理，以陕北大柳塔褐煤为例，对不同含量的铁镍离子分别进行煤发酵实验，优选出单一离子的最佳含量，进一步通过二元二次旋转组合设计法确定铁镍离子的最优组合，利用气相色谱、X射线衍射仪、傅里叶红外线光谱分析仪等手段对添加最优组合质量浓度的实验组和空白组(不添加两种离子)产气过程的发酵液及反应前后的煤样进行对比分析。结果表明：Fe²⁺、Ni²⁺的最佳质量浓度分别为15 mg/L、0.005 mg/L，Ni²⁺的添加存在明显的低促高抑现象；添加最优Fe²⁺和Ni²⁺组合的产气量相较于添加单一Fe²⁺、Ni²⁺分别增加了13.64%和20.69%；实验组的pH值、VFA及红外光谱OD₆₀₀相较于空白组的变化均提前3 d达到峰值，且煤的大分子结构得到更加充分的降解。最后分析了铁镍离子组合对产甲烷过程的影响，阐明了两种微量元素对于促进煤发酵产甲烷的内在机理，研究成果为提高次生生物成因气的产量及产气效率打下了理论基础。