↑一群国家地理控，专注于探索极致世界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山丘被夷为平地平地被掏空成洼地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的遇难者人数也随之从4年的人减少至人事故发生系数下降超过97%（事故发生系数即百万吨死亡率，指的是每生产万吨煤炭死亡的人数比例，下图为2-年全国煤矿死亡人数变化，制图陈志浩/星球研究所）▼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（请横屏观看，抚顺煤矿的地面沉陷，摄影师陈韶华）▼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）▼然而我们也付出了不小的代价煤炭的大规模生产占用了大量土地尤其是露天开采直接破坏了地表土层和植被地下开采还污染了地下水也引发了地面沉陷等各种问题让生态脆弱区不堪重负（河南辉县采煤沉陷湖区，摄影师傅鼎）▼煤炭的直接燃烧还将烟尘、二氧化硫、氮氧化物等大量污染物排入大气如此粗犷的使用造成了酸雨、雾霾等环境污染问题给人们的生活空间带来了极大的挑战（北京雾霾天气，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的能源效用或许会被彻底取代从此在我们的世界中消失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.
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