产业结构与城市空间分别是产业经济学和规划学研究的重点，地理学将这两个内容都归于本学科重点研究的范畴。煤炭资源型城市是一类重要的城市类型，历来为国内外学者所重视。当前，推进以煤炭资源型城市为主体的资源型城市转型发展，成为中国转型发展的重要内容之一，其中最为关键的问题就是如何加快煤炭资源型城市产业结构的调整、推动城市职能转变，实现经济持续发展。现有的研究集中于对煤炭资源型城市经济发展转型、产业结构调整的研究，且主要是基于短时间尺度、三次产业为主的宏观层面研究；城市空间研究则偏重于对城市用地规模和城镇群的研究。探究产业结构与城市空间形态相互关系的研究成果较少，存在理论层面的空缺，不利于推动新时期煤炭资源型城市全面转型发展。本文首先以矿业城市生命周期理论为基础，从长时间尺度追踪煤炭资源型城市产业结构的演化情况。通过对三次产业进行细化，在重点分析煤炭资源型城市工业部门的产值结构、行业结构、所有制结构以及就业结构演进的基础上，总结了在中国特定经济体制背景下的煤炭资源型城市产业结构演化特征、锁定路径以及锁定的机理。结果表明：受体制因素的影响，中国煤炭资源型城市产业结构与传统三次产业结构演替规律不完全一致；与自由竞争环境下的矿业城市产业结构演进规律也不相同，产业结构演替表现出高度的相似性特征、产业结构锁定显著，形成以煤炭采掘、电力、化学工业、纺织工业为主体的工业结构。将煤炭资源型城市产业结构锁定演进过程划分为产业导入期、弱锁定期、调整期、强锁定期、解锁期5个阶段，认为煤炭阶段的产业结构都存在一定的差异，资源的经济效应、体制因素和政策导向从产业结构、城市功能、公众认知3个方面导致了煤炭资源型城市产业结构的固化。之后，运用Arcgis软件对案例城市历次城市规划土地利用现状图进行矢量化和空间统计分析，进而总结出煤炭资源型城市空间形态演化的基本特征，认为煤炭资源型城市空间形态都较为分散，都经历了“相对紧凑→分散布局→再度集聚”的演化过程；煤炭资源型城市空间扩展过程中都有空间异向性；交通的牵引使得城市空间沿主要交通线延伸扩展；不同发展阶段的煤炭资源型城市空间扩展经历的阶段相似，但在城市空间扩展总量、扩展速度、扩展强度方面又具有阶段性差异；城市内部空间结构都以工业用地和居住用地的扩展为主；商业及公共设施用地的扩展为辅；煤炭资源型城市内部空间重构主要以居住用地取代工业用地、商业及公共设施用地取代居住用地为主要形式。基于发生学视角，将煤炭资源型城市空间形态演化进程划分为点状离散发展、节点扩张发展、飞地拓展发展、轴线延伸发展、内向填充发展、整合优化发展以及区位再造发展7个历史阶段，认为不同类型、不同发展阶段的煤炭资源型城市空间形态演化经历的阶段会有差异；从空间关系视角出发，总结出共生扩张、以厂兴镇、联厂成镇、延伸扩展、新区扩张、自组织扩张6种空间扩展模式；基于城市内部各功能用地规模及空间关系，总结出商—居重构、商—工重构、居—工重构、工—居重构4种空间重构模式，并进一步探究了煤炭资源型城市空间形态演化的影响因素和作用机理，认为当前主要以商—居重构、居—工重构为主，不同类型、不同发展阶段的煤炭资源型城市物质空间转型也不相同。最后，从理论层面分析了煤炭资源型城市产业结构与城市空间形态的耦合机理，认为产业结构主要是通过生产要素的空间效应和环境效应来实现对城市空间形态的影响，城市产业结构与城市空间形态之间存在明显的相互作用关系，城市空间形态是产业与城市形态要素之间长时空尺度耦合的结果；在不同生命周期阶段，产业结构对城市空间形态的影响以及城市空间形态对产业结构变化的响应程度不同。基于不同时点两大系统要素的数量特征构建耦合模型，解释并验证了煤炭资源型城市产业结构演替与城市空间形态影响，表明煤炭资源型城市产业结构与空间形态的耦合度、城市空间形态对产业结构演替的响应度在城市发展的前期和后期较高、中期低，呈“U”型演化，两者一直处于良好协调中度耦合状态。