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这是一个 由能源驱动的世界 以北京为例 每年需要亿度电 才能让每一个市民家庭 点亮家中的灯火 让冰箱储存下满满的食物 让空调送来“救命”的冷风 每年更是需要亿度电 才能让一幢幢写字楼昼夜通明 让无数的餐馆、工厂如常运转 才能保证成百上千万人的就业 （上文数据引自 《北京市年国民经济和社会发展统计公报》， 下图为北京夜晚灯火通明的居民楼和写字楼， 摄影师 张登科）▼ 北京的用电量如此之多 但这里的市民 却并不需要为此担忧 因为在北京以西km外 单一个内蒙古托克托电厂 年发电量就已经突破亿度 这是世界上最大的火力发电厂 还不用说其他大大小小的电厂 （从高空俯瞰内蒙古呼和浩特市的托克托火电厂， 摄影师 陈剑峰）▼ 但是 这亿度的背后 却是一种长期被嫌弃、被差评的矿产 煤炭 托克托电厂每生产1亿度电 便需要燃烧5万多吨煤炭 这些煤炭由煤矿供应 就在距离电厂50km处 中国最大的露天煤矿之一 内蒙古黑岱沟露天矿 铲车、卡车、运输带等 各种大型机械昼夜运作 一天可以开采煤炭9万多吨 足够装满节列车货厢 （内蒙古鄂尔多斯的黑岱沟露天煤矿， 源自 EsriImageMap）▼ 若放眼全国 在万平方千米的广袤大地上 大大小小的煤矿散布各地 总数多达5个 （各省区在产煤矿数量分布， 制图 陈志浩/星球研究所）▼ 5多个煤矿“齐心协力” 已经连续10年 年产量超过30亿吨 年的总产量更是高达 38.5亿吨 时至今日 煤炭仍然占到 中国一次能源的近60% 正是这些巨量、却饱受争议的煤炭 进入电厂、钢铁厂、化工厂等 构建了我们的生活 成为整个社会发展的基础动力 （“一次能源”即直接来自自然界， 未经加工转化的能源。 下图为山西长治煤焦化工业园区， 摄影师 傅鼎）▼ 煤炭与中国 到底有着怎样的故事？ 我们的生产能力 又为何如此惊人？ 这一切 都要从煤炭的形成讲起 01沧海桑田亿万年以来 中国大地上的很多地方 都曾经历过这样一幕 温暖湿润的沼泽洼地中 各种植物竞相生长 郁郁葱葱、欣欣向荣 （小兴安岭森林湿地， 图片来源 VCG）▼ 伴随着 水体的时进时退 大量的植物遗体 得以迅速掩埋、堆积 隔绝空气 在厌氧环境中 它们被部分分解 形成一片片泥炭沼泽 （四川霍尔章谷国家湿地公园， 摄影师 李贵云）▼ 而后 沧海桑田、海陆升降 泥炭被掩埋于地下 在高温、高压等特殊条件下 发生一系列物理化学变化 最终形成煤炭 （煤炭形成示意， 制图 陈随/星球研究所）▼ 这一幕 还不止发生过一次 植物一次次地倒下 地层一层层地覆盖 煤炭也一次次形成 于是 在今天的中国国土之上 煤炭的探明储量多达1亿吨 含煤区面积超过80万平方千米 比东北三省的总面积还要大 占到陆地面积的8.3% 而且几乎每个省级行政区内 均有煤炭资源分布 （中国煤炭资源分布图， 制图 陈志浩/星球研究所）▼ 放眼全球 如此大的储量 在个国家和地区中 高居第四位 （世界煤炭资源探明储量排名， 制图 陈志浩/星球研究所）▼ 如此来看 我们的煤炭家底足够深厚 可是要想将 这些地下矿藏开采出来 我们还需用尽十八般武艺 02搬山卸岭在内蒙古呼伦贝尔市附近 起伏的山丘变成了 一个个平整的立面 伴随而来的是 越发清晰的机器轰鸣声 （被煤矿改造的地表呈现出特殊形态， 画面的远处为自然起伏的山丘， 中部为近乎直立的矿坑边坡， 近处为地面设施， 摄影师 邱会宁）▼ 循声望去 映入眼帘的是 一个硕大无比的洼地 洼地的上部 煤层上覆的岩土清晰可辨 只有将岩土剥离 煤炭才能重见天日 一台“奇葩”的大铲车 凭借高大的臂架 可以轻而易举地 将自己脚下松散的岩土 挖掘、转移至米远的位置 （请横屏观看， 这是全球首台 亚洲唯一一台无齿轮传动的吊斗铲， 本身重达5吨， 作业占地面积超过3万平方米， 图片来源 中国神华能源公司准能露天煤矿）▼ 与此同时 一台更加庞大的机器 同样抓人眼球 它的前端是 数个铲斗组成的硕大齿轮 每个铲斗都有一人之高 它的尾端 则连接着数百米的运输带 蜿蜒伸向远方 一前一后 挖掘加运输的流水线作业 剥离岩土的效率可想而知 （如钢铁巨兽一般的轮斗铲， 图片来源 VCG）▼ 岩土被剥离之后 黑乎乎的煤炭露出 灵活的单斗铲等 上下左右挥舞着长臂 将整块的煤炭变得破碎 （正在工作的单斗铲， 摄影师 李乐）▼ 而笨重的吊斗铲 则在缆绳的拉扯下 将身边的煤炭装入卡车 （电铲与重型卡车的配合， 摄影师 邱会宁）▼ 当然 它们也可以 直接与运输带连接 组成更加连续、便捷的工作系统 （内蒙古魏家峁[mǎo]露天矿的胶带运输系统， 图片来源 VCG）▼ 之后 勤劳的“搬运工”卡车 穿梭于坑场与地表之间 将煤炭和土石运出洼地 （辽宁抚顺西露天矿中往返运输的卡车， 摄影师 杨诚）▼ 最终 卡车们到达地表 将“货物”排卸至固定地点 （排卸土石的卡车， 摄影师 邱会宁）▼ 轰鸣声此起彼伏 各种机械组成一支庞大的装甲军团 有条不紊、密切配合 一派热火朝天的景象 经年累月的挖掘 从高空俯瞰 竟呈现出一层层、一圈圈的台阶 蔚为壮观 这便是露天采煤的现场 一年之内 采出的煤炭将超过万吨 如此规模的露天煤矿 在全国范围内都屈指可数 （从高空俯瞰内蒙古高头窑露天矿， 摄影师 陈剑峰）▼ 但是 这样惊人的生产能力 却来之不易 时间回溯至70年前 旧中国遗留下来的煤矿 大都规模较小、设备简陋、技术落后 而百废待兴的新中国 又急需煤炭资源来发展工业建设 于是在前苏联的援建下 十几个年产量在万吨左右的 现代化露天矿点缀于大江南北 在云南 有红河的小龙潭露天矿 （请横屏观看， 小龙潭露天矿， 摄影师 祁凯）▼ 在辽宁 有抚顺的抚顺西露天矿 （请横屏观看， 抚顺西露天矿， 摄影师 陈韶华）▼ 也有阜新的海州露天矿 （海州露天矿， 图片来源 EsriImageMap）▼ 这些露天矿 都有一个共同特点 那就是配备了当时最先进的设备 挖掘可靠的铲车 + 装载量大的蒸汽机车 二者强强联合 可以保证较大的产量 （新疆哈密三道岭露天矿中 配合工作的吊斗铲与蒸汽机车， 摄影师 徐晨宇）▼ 正因如此 辽宁阜新的海州露天矿 还一举成为了 当时亚洲最大的露天煤矿 矿坑里 一列列满载煤炭的蒸汽机车 头顶着滚滚白烟 沿着铁轨奋力爬升 是那个年代最动感的画面 （新疆哈密三道岭露天矿中行驶的蒸汽机车， 摄影师 王璐）▼ 20世纪80年代 随着露天开采技术的进步 我们独立设计和建设了 平朔、霍林河、伊敏河、元宝山、准格尔 一众声名显赫的大型露天矿 人称“五大露天” （请横屏观看， 内蒙古呼伦贝尔的伊敏河露天矿， 摄影师 在远方的阿伦）▼ 彼时的中国 汽车工业也取得了较大的发展 煤炭的运输工具 开始放弃了体型庞大的列车 转而使用了灵活的卡车 （山西安太堡露天矿中自卸式重型卡车， 卡车轮胎的高度约3.5米， 摄影师 朱哲）▼ 与大运量的列车相比 单辆卡车的运力虽然有限 但是无数辆卡车一齐出动 就如同一支灵活的机动部队 且总运力也绝不逊色 在铲车与卡车 这对新组合的加持下 生产效率得到大幅提升 这些煤矿的年产量 可以突破万吨 （新疆准东经济开发区中的卡车车队， 图片来源 VCG）▼ 可是 随着矿坑越挖越深 卡车的运输距离变得越来越长 原本的高效运输已经不再 于是一项新设备应运而生 胶带输送机 它的运输能力 可与标准铁路抗衡 而成本只有卡车的50% 可谓是一举两得 （内蒙古伊敏河露天矿中的胶带运输作业，摄影师 在远方的阿伦）▼ 此外 受到特殊地形的限制 煤炭还可以“乘坐”索道 横跨峡谷、完成运输 （新疆红山煤矿的运煤缆车， 位于安集海大峡谷附近， 摄影师 张波）▼ 截至目前 这支装甲军团的成员越发庞大 在它们的灵活搭配下 露天煤矿的生产能力 可以突破0万吨 （辽宁抚顺西露天矿中繁忙的开采场景， 摄影师 李乐）▼ 进入新世纪 一大批露天矿 更是喷薄而出 年 内蒙古乌珠穆沁的白音华露天矿 建成投产 （请横屏观看， 白音华露天矿， 摄影师 飞猫先生）▼ 年 内蒙古鄂尔多斯的哈尔乌素露天矿 建成投产 （请横屏观看， 哈尔乌素露天矿， 图片来源 中国神华能源公司准能露天煤矿）▼ 年 陕西神木的西湾露天矿 建成投产 （请横屏观看， 西湾露天矿， 摄影师 任世明）▼ 截至年 全国露天煤矿约有座 如今年产量超过0万吨的 大型露天煤矿达到19座 （全国千万吨级露天煤矿分布， 制图 陈志浩/星球研究所）▼ 不过 露天开采只适用于 那些埋深较浅且较厚的煤层 而且其年产量 也仅有5.28亿吨 只占到全国煤炭总产量的 15% 那么 面对深部的煤层 在没有像露天开采 这样宽敞的环境下 我们又会遇到怎样的难题？ 03地下世界超过29亿吨的煤炭 将在黑暗的地下世界中采出 占到全国煤炭总产量的 85% 可是 地下煤层往往深达数百米 有的甚至超过0米 想要采出如此之深 又如此巨量的煤炭 谈何容易？ 首先 人们必须想方设法 在地表和煤层之间 开凿出一条条或水平、或倾斜 又或垂直的通道 搭建起一个合理的井下生产空间 （井下生产空间系统示意， 为了便于理解， 图中标注与专业术语稍有差异， 制图 陈随/星球研究所）▼ 这些通道 不仅是输送煤炭、土石的 运输通道 （江苏徐州的姚桥煤矿， 地下运输巷道上的铁轨， 摄影师 刘利顺）▼ 也是输送 人员、设备的运输通道 （江西萍乡的青山煤矿， 工人乘坐升降机下井， 摄影师 胡寒）▼ 更是一个保障深井之下 人员、运输、通风、排水 供电、通信、救援等的安全通道 （江苏徐州的姚桥煤矿， 井下整洁宽敞的高压供电系统空间， 摄影师 王标）▼ 沿着这些通道 人们终于能够触及 深埋于地下的煤层 然而有些煤层却过于庞大 它们的距离延伸超过数千米 厚度可以达到上百米 在没有机械的时代 面对这样的“庞然大物” 人们只能手刨肩背 将煤炭一点点从煤层上剥落 再一筐筐背送至地面 在条件相对优越的地方 可以使用炸药破碎煤层 借助井下轨道和矿车完成运煤 即便如此 难度仍然超出想象 （早些年间四川山区的人力运煤， 图片来源 VCG）▼ 幸好 有了机械化的进步 让一切发生了转机 煤层破碎、装载、运输 地下空间的支护等工作 开始一一被机械所取代 开采效率也随之大幅提升 （江苏徐州姚桥煤矿的地面控制中心， 摄影师 李新建）▼ 其中最先进的是 所有的地下工作 均能使用机械自动完成 彻底了告别人工采煤的时代 以神东矿区的上湾煤矿为例 它位于内蒙古鄂尔多斯境内 在多米深的矿井下 工作人员通过控制台便可以操控 世界上首台最大采煤机 一次性采出8.8米厚的煤层 与此同时 在开采的工作面上 台液压支架一字排开 长度接近米 它们接收指令、有序进退 实现对采煤现场顶部岩石的支护安全 （点击图片启动采煤机， 江苏徐州的姚桥煤矿， 智能工作面的自动化采煤， 摄影师 李新建）▼ 而后 破碎的煤炭 沿着数千米长的运输胶带 被及时输送至地表 所有工作井然有序 一气呵成 （新疆吐鲁番博斯坦煤矿下的运输胶带， 摄影师 于建伟）▼ 截至年 全国已有98%的大型煤矿 实现了机械化采煤 井下事故随之减少 事故发生系数 下降超过97% 不仅如此 在多种机械的助力下 面对错综复杂的地下世界 人们的采煤工作 也变得游刃有余 对于近水平状 厚度小于7.5米 赋存条件简单的煤层 人们可以沿着煤层推进 一次性将煤炭采出 （上述开采方式即为长壁采煤法， 制图 陈随/星球研究所）▼ 对于近水平状 厚度一般超过5米的厚煤层 人们可以自上而下 分多层开采 当然也可以自下而上 进行放顶煤开采 即先在底部采出2-3米的高度 同时利用顶板压力或者辅以人工方法 使剩余的顶部煤层 直接垮落、破碎、放出 （放顶煤开采示意， 制图 陈随/星球研究所）▼ 任凭地下煤层 千奇百怪的肆意展布 人们只管见招拆招 截至目前 我国的采煤方法多达十几种 是世界上采煤方法 种类最多的国家 就在数以亿计的煤炭 从地下成功采出之后 地下世界的忙碌 却丝毫不减 开采结束后 原本由煤层填充的空间 变成了巨大的采空区 如果置之不顾 将发生岩层垮落和地面沉陷 尤其是地面之上 有建筑、铁路、水体等分布时 对采空区的处理更加重要 当在建筑下采煤时 往往需要在开采的同时 同步进行采空区的充填 或者预留部分煤柱提供支撑 以减小地表的变形和下沉 保证建筑不被破坏 （唐山市区的开滦煤矿， 摄影师 姚金辉）▼ 在铁路下采煤时 条件变得更加苛刻 必须最大程度减小地表的变形 以保证列车的安全通行 而在河流、湖泊等水体下采煤时 一切工作必须更加谨慎 不仅要防止矿井内 突然发生的大规模突水事故 还要保证地表的水体不流失 （突水指大量水流突然涌入井下巷道的现象。 姚桥煤矿东临微山湖的昭阳湖， 部分煤矿在昭阳湖区下方， 源自 EsriImageMap）▼ 从挖掘各种地下通道 到应对不同形态的煤层和地表 地下开采的每一步 相较于露天开采 都异常艰难 当然 煤层开采的“艺术” 也并非一成不变 当露天开采 剥离的岩土与采出的煤炭 超出合理经济范围时 需要转向地下开采 （抚顺西露天矿， 垂直深度达到米， 摄影师 李乐）▼ 有时地下环境变得恶劣 以宁夏石嘴山的大峰煤矿为例 煤层的自燃使得地下温度居高不下 严重危害人员安全 自7年起 开采方式从地下转向了露天 如果煤层 向地层深处延伸极大时 可以露天和地下同时开采 （山西平朔安家岭煤矿， 在露天矿场的周围已经开始地下开采， 摄影师 崔永江）▼ 至此 从浅部煤层的露天开采 到深部煤层的地下开采 5多座大大小小的煤矿 在中国大地上遍地开花 它们热火朝天、日夜不休 让中国成为了名副其实的 “煤炭帝国” 04功与过但是 故事到这里 还未结束 时至今日 中国的煤炭年产量 已经超过38.5亿吨 是70年前的倍之多 （-年全国原煤产量变化， 制图 陈随/星球研究所）▼ 与此同时 全国的火力发电装机容量 增长了倍 总量居世界第一 （广州南沙华润热电厂， 摄影师 林宇先）▼ 钢铁产量 增长了6倍 总量居世界第一 （河南洛阳洛矿钢水浇铸的场景， 摄影师 黄政伟）▼ 化工行业所用的 合成氨、甲醇等产量 还有尿素农肥产量等 已经多年位居世界第一 （河南能源化工集团生产的尿素， 图片来源 VCG）▼ 熊熊燃烧的煤炭 点亮了万家灯火 筑起了钢铁森林 也融进了14亿人的生活 更成为这个觉醒的东方大国 拼命追赶、飞速前进的动力 （上海火车站， 远处是上海陆家嘴， 摄影师 胡楠）▼ 然而 我们也付出过不小的代价 曾经 煤炭的大规模生产 会占用大量土地 露天开采 会破坏地表土层和植被 地下开采 可能污染地下水 引发地面沉陷等各种问题 （河南辉县采煤沉陷湖区， 摄影师 傅鼎）▼ 煤炭的直接燃烧 会将烟尘、二氧化硫、氮氧化物等 污染物排入大气 粗犷的使用会造成 酸雨、雾霾等环境污染问题 给人们的生活空间带来挑战 （北京曾经的雾霾天气， 摄影师 陈剑峰）▼ 煤炭的开采和利用 真的就一定要付出 这些沉重的代价吗？ 答案显然不是 人们把开采产生的矸石 用作采空区回填的材料 以减少地表沉陷 （新疆三道岭开采的废石堆放的场景， 摄影师 姚金辉）▼ 对露天矿场 进行复土造田，重新种植植被 以山西平朔煤田为例 截至年 土地复垦面积超过4万亩 形成了采矿、复垦、还地的绿色开采模式 曾经的露天开采现场 也可以变身为绿色的矿山公园 （内蒙古呼伦贝尔的扎赉诺尔国家矿山公园， 摄影师 赵高翔）▼ 对矿井水 统一进行洁净处理 再用作矿井及矿区的生产、生活用水 （江苏徐州姚桥煤矿的矿井水处理， 摄影师 刘利顺）▼ 正是通过这些方式 如今我国煤矿区的 土地复垦率占比52% 煤矸石综合利用率达到71% 矿井水综合利用率已经超过75.8% 不仅如此 人们也在改变着煤炭的使用方式 比如在大型煤矿附近 人们直接建造起坑口火电厂 改煤炭运输为电力运输 实现污染物的统一管理和排放 （阜新火电厂与远处的海州露天矿坑同框， 摄影师 RoseGold）▼ 而且 在煤炭燃烧之后 还要经过除尘、除硫、脱硝等层层处理 确保气体达标排放 以实现清洁利用 正所谓 （引自中国工程院院士谢克昌） ▼ 煤炭用好了，就是清洁能源 与此同时 人们还在积极寻找其他替代品 除了石油、天然气等传统化石能源以外 水能、风能、光能、核能等 各种新型清洁能源 已经逐渐进入国家的能源结构 （新疆哈密天山脚下的风力发电场， 摄影师 常力）▼ 以一次能源消费来看 煤炭的消费占比 已经从70年前的90%以上 下降至60%左右 而且未来还会继续降低 是的 在未来的某一天 煤炭作为主要能源效用 或许会被取代 但到那时 当我们再次谈及煤炭 一定还会感慨万千 正是它 点燃了新中国的第一把工业之火 也正是它 点燃了一个热火朝天的时代 （冬日里热火朝天的工业生产， 摄影师 雁海）▼ 本文的图片内容得到了中国神华准能集团的大力支持，特此感谢。 [1]朱训.中国矿业史[M].地质出版社,. [2]中国煤炭志编纂委员会.中国煤炭志·综合卷[M].煤炭工业出版社,. [3]徐永圻.煤矿开采学[M].中国矿业大学出版社,. [4]宋子岭.露天开采工艺[M].中国矿业大学出版社,. [5]田会，白润才等.中国露天采矿的成就及发展趋势[J].露天采矿技术,. [6]年煤炭行业年度发展报告. 本文创作团队撰文：艾蓝星图片：蒋哲睿设计：陈随地图：陈志浩审校：黄超专家审核煤炭科学研究总院深部开采与冲击地压研究院李春元博士中国矿业大学（北京）能源与矿业学院张洪伟博士编辑：星星球研究所 一群国家地理控，专注于探索极致世界 ▲ |
