中國60%的能源，從哪里來？

這是一個

由能源驅(qū)動的世界

以北京為例

每年需要251億度電

才能讓每一個市民家庭

點亮家中的燈火

讓冰箱儲存下滿滿的食物

讓空調(diào)送來“救命”的冷風

每年更是需要915億度電

才能讓一幢幢寫字樓晝夜通明

讓無數(shù)的餐館、工廠如常運轉(zhuǎn)

才能保證成百上千萬人的就業(yè)

（上文數(shù)據(jù)引自《北京市2019年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》，下圖為北京夜晚燈火通明的居民樓和寫字樓，攝影師@張登科）

▼

北京的用電量如此之多

但這里的市民

卻并不需要為此擔憂

因為在北京以西400km外

單一個內(nèi)蒙古托克托電廠

年發(fā)電量就已經(jīng)突破300億度

這是世界上最大的火力發(fā)電廠

還不用說其他大大小小的電廠

（從高空俯瞰內(nèi)蒙古呼和浩特市的托克托火電廠，攝影師@陳劍峰）

▼

但是

這300億度的背后

卻是一種長期被嫌棄、被差評的礦產(chǎn)

煤炭

托克托電廠每生產(chǎn)1億度電

便需要燃燒5萬多噸煤炭

這些煤炭由煤礦供應

就在距離電廠50km處

中國最大的露天煤礦之一

內(nèi)蒙古黑岱溝露天礦

鏟車、卡車、運輸帶等

各種大型機械晝夜運作

一天可以開采煤炭9萬多噸

足夠裝滿1500節(jié)列車貨廂

（內(nèi)蒙古鄂爾多斯的黑岱溝露天煤礦，源自@Esri Image Map）

▼

若放眼全國

在960萬平方千米的廣袤大地上

大大小小的煤礦散布各地

總數(shù)多達5300個

（各省區(qū)在產(chǎn)煤礦數(shù)量分布，制圖@陳志浩/星球研究所）

▼

5300多個煤礦“齊心協(xié)力”

已經(jīng)連續(xù)10年

年產(chǎn)量超過30億噸

2019年的總產(chǎn)量更是高達

38.5億噸

時至今日

煤炭仍然占到

中國一次能源的近60%

正是這些巨量、卻飽受爭議的煤炭

進入電廠、鋼鐵廠、化工廠等

構(gòu)建了我們的生活

成為整個社會發(fā)展的基礎動力

（“一次能源”即直接來自自然界，未經(jīng)加工轉(zhuǎn)化的能源。下圖為山西長治煤焦化工業(yè)園區(qū)，攝影師@傅鼎）

▼

煤炭與中國

到底有著怎樣的故事？

我們的生產(chǎn)能力

又為何如此驚人？

這一切

都要從煤炭的形成講起

01
滄海桑田億萬年以來

中國大地上的很多地方

都曾經(jīng)歷過這樣一幕

溫暖濕潤的沼澤洼地中

各種植物競相生長

郁郁蔥蔥、欣欣向榮

（小興安嶺森林濕地，圖片來源@VCG）

▼

伴隨著

水體的時進時退

大量的植物遺體

得以迅速掩埋、堆積

隔絕空氣

在厭氧環(huán)境中

它們被部分分解

形成一片片泥炭沼澤

（四川霍爾章谷國家濕地公園，攝影師@李貴云）

▼

而后

滄海桑田、海陸升降

泥炭被掩埋于地下

在高溫、高壓等特殊條件下

發(fā)生一系列物理化學變化

最終形成煤炭

（煤炭形成示意，制圖@陳隨/星球研究所）

▼

這一幕

還不止發(fā)生過一次

植物一次次地倒下

地層一層層地覆蓋

煤炭也一次次形成

于是

在今天的中國國土之上

煤炭的探明儲量多達1400億噸

含煤區(qū)面積超過80萬平方千米

比東北三省的總面積還要大

占到陸地面積的8.3%

而且?guī)缀趺總€省級行政區(qū)內(nèi)

均有煤炭資源分布

（中國煤炭資源分布圖，制圖@陳志浩/星球研究所）

▼

放眼全球

如此大的儲量

在233個國家和地區(qū)中

高居第四位

（世界煤炭資源探明儲量排名，制圖@陳志浩/星球研究所）

▼

如此來看

我們的煤炭家底足夠深厚

可是要想將

這些地下礦藏開采出來

我們還需用盡十八般武藝

02
搬山卸嶺在內(nèi)蒙古呼倫貝爾市附近

起伏的山丘變成了

一個個平整的立面

伴隨而來的是

越發(fā)清晰的機器轟鳴聲

（被煤礦改造的地表呈現(xiàn)出特殊形態(tài)，畫面的遠處為自然起伏的山丘，中部為近乎直立的礦坑邊坡，近處為地面設施，攝影師@邱會寧）

▼

循聲望去

映入眼簾的是

一個碩大無比的洼地

洼地的上部

煤層上覆的巖土清晰可辨

只有將巖土剝離

煤炭才能重見天日

一臺“奇葩”的大鏟車

憑借高大的臂架

可以輕而易舉地

將自己腳下松散的巖土

挖掘、轉(zhuǎn)移至100米遠的位置

（請橫屏觀看，這是全球首臺、亞洲唯一一臺無齒輪傳動的吊斗鏟，本身重達5300噸，作業(yè)占地面積超過3萬平方米，圖片來源@準能集團）

▼

與此同時

一臺更加龐大的機器

同樣抓人眼球

它的前端是

數(shù)個鏟斗組成的碩大齒輪

每個鏟斗都有一人之高

它的尾端

則連接著數(shù)百米的運輸帶

蜿蜒伸向遠方

一前一后

挖掘加運輸?shù)牧魉€作業(yè)

剝離巖土的效率可想而知

（如鋼鐵巨獸一般的輪斗鏟，圖片來源@VCG）

▼

巖土被剝離之后

黑乎乎的煤炭露出

靈活的單斗鏟等

上下左右揮舞著長臂

將整塊的煤炭變得破碎

（正在工作的單斗鏟，攝影師@李樂）

▼

而笨重的電鏟

則在纜繩的拉扯下

將身邊的煤炭裝入卡車

（電鏟與重型卡車的配合，攝影師@邱會寧）

▼

當然

它們也可以

直接與運輸帶連接

組成更加連續(xù)、便捷的工作系統(tǒng)

（內(nèi)蒙古魏家峁[mǎo]露天礦的膠帶運輸系統(tǒng)，圖片來源@VCG）

▼

之后

勤勞的“搬運工”卡車

穿梭于坑場與地表之間

將煤炭和土石運出洼地

（遼寧撫順西露天礦中往返運輸?shù)目ㄜ?，攝影師@楊誠）

▼

最終

卡車們到達地表

將“貨物”排卸至固定地點

（排卸土石的卡車，攝影師@邱會寧）

▼

轟鳴聲此起彼伏

各種機械組成一支龐大的裝甲軍團

有條不紊、密切配合

一派熱火朝天的景象

經(jīng)年累月的挖掘

山丘被夷為平地

平地被掏空成洼地

從高空俯瞰

竟呈現(xiàn)出一層層、一圈圈的臺階

蔚為壯觀

這便是露天采煤的現(xiàn)場

一年之內(nèi)

采出的煤炭將超過2000萬噸

如此規(guī)模的露天煤礦

在全國范圍內(nèi)都屈指可數(shù)

（從高空俯瞰內(nèi)蒙古高頭窯露天礦，攝影師@陳劍峰）

▼

但是

這樣驚人的生產(chǎn)能力

卻來之不易

時間回溯至70年前

舊中國遺留下來的煤礦

大都規(guī)模較小、設備簡陋、技術落后

而百廢待興的新中國

又急需煤炭資源來發(fā)展工業(yè)建設

于是在前蘇聯(lián)的援建下

十幾個年產(chǎn)量在500萬噸左右的

現(xiàn)代化露天礦點綴于大江南北

在云南

有紅河的小龍?zhí)堵短斓V

（請橫屏觀看，小龍?zhí)堵短斓V，攝影師@祁凱）

▼

在遼寧

有撫順的撫順西露天礦

（請橫屏觀看，撫順西露天礦，攝影師@陳韶華）

▼

也有阜新的海州露天礦

（海州露天礦，圖片來源@Esri Image Map）

▼

這些露天礦

都有一個共同特點

那就是配備了當時最先進的設備

挖掘可靠的鏟車

裝載量大的蒸汽機車

二者強強聯(lián)合

可以保證較大的產(chǎn)量

（新疆哈密三道嶺露天礦中配合工作的電鏟與蒸汽機車，攝影師@徐晨宇）

▼

正因如此

遼寧阜新的海州露天礦

還一舉成為了

當時亞洲最大的露天煤礦

礦坑里

一列列滿載煤炭的蒸汽機車

頭頂著滾滾白煙

沿著鐵軌奮力爬升

是那個年代最動感的畫面

（新疆哈密三道嶺露天礦中行駛的蒸汽機車，攝影師@王璐）

▼

20世紀80年代

隨著露天開采技術的進步

我們獨立設計和建設了

平朔、霍林河、伊敏河、元寶山、準格爾

一眾聲名顯赫的大型露天礦

人稱“五大露天”

（請橫屏觀看，內(nèi)蒙古呼倫貝爾的伊敏河露天礦，攝影師@在遠方的阿倫）

▼

彼時的中國

汽車工業(yè)也取得了較大的發(fā)展

煤炭的運輸工具

開始放棄了體型龐大的列車

轉(zhuǎn)而使用了靈活的卡車

（山西安太堡露天礦中自卸式重型卡車，卡車輪胎的高度約3.5米，攝影師@朱哲）

▼

與大運量的列車相比

單輛卡車的運力雖然有限

但是無數(shù)輛卡車一齊出動

就如同一支靈活的機動部隊

且總運力也絕不遜色

在鏟車與卡車

這對新組合的加持下

生產(chǎn)效率得到大幅提升

這些煤礦的年產(chǎn)量

可以突破1500萬噸

（新疆準東經(jīng)濟開發(fā)區(qū)中的卡車車隊，圖片來源@VCG）

▼

可是

隨著礦坑越挖越深

卡車的運輸距離變得越來越長

原本的高效運輸已經(jīng)不再

于是一項新設備應運而生

膠帶輸送機

它的運輸能力

可與標準鐵路抗衡

而成本只有卡車的50%

可謂是一舉兩得

（內(nèi)蒙古伊敏河露天礦中的膠帶運輸作業(yè)，攝影師@在遠方的阿倫）

▼

此外

受到特殊地形的限制

煤炭還可以“乘坐”索道

橫跨峽谷、完成運輸

（新疆紅山煤礦的運煤纜車，位于安集海大峽谷附近，攝影師@張波）

▼

截至目前

這支裝甲軍團的成員越發(fā)龐大

在它們的靈活搭配下

露天煤礦的生產(chǎn)能力

可以突破3000萬噸

（遼寧撫順西露天礦中繁忙的開采場景，攝影師@李樂）

▼

進入新世紀

一大批露天礦

更是噴薄而出

2008年

內(nèi)蒙古烏珠穆沁的白音華露天礦

建成投產(chǎn)

（請橫屏觀看，白音華露天礦，攝影師@飛貓先生）

▼

2014年

內(nèi)蒙古鄂爾多斯的哈爾烏素露天礦

建成投產(chǎn)

（請橫屏觀看，哈爾烏素露天礦，圖片來源@準能集團）

▼

2019年

陜西神木的西灣露天礦

建成投產(chǎn)

（請橫屏觀看，西灣露天礦，攝影師@任世明）

▼

截至2017年

全國露天煤礦約有420座

如今年產(chǎn)量超過1000萬噸的

大型露天煤礦達到19座

（全國千萬噸級露天煤礦分布，制圖@陳志浩/星球研究所）

▼

不過

露天開采只適用于

那些埋深較淺且較厚的煤層

而且其年產(chǎn)量

也僅有5.28億噸

只占到全國煤炭總產(chǎn)量的

15%

那么

面對深部的煤層

在沒有像露天開采

這樣寬敞的環(huán)境下

我們又會遇到怎樣的難題？

03
地下世界超過29億噸的煤炭

將在黑暗的地下世界中采出

占到全國煤炭總產(chǎn)量的

85%

可是

地下煤層往往深達數(shù)百米

有的甚至超過1000米

想要采出如此之深

又如此巨量的煤炭

談何容易？

首先

人們必須想方設法

在地表和煤層之間

開鑿出一條條或水平、或傾斜

又或垂直的通道

搭建起一個合理的井下生產(chǎn)空間

（井下生產(chǎn)空間系統(tǒng)示意，為了便于理解，圖中標注與專業(yè)術語稍有差異，制圖@陳隨/星球研究所）

▼

這些通道

不僅是輸送煤炭、土石的

運輸通道

（江蘇徐州的姚橋煤礦，地下運輸巷道上的鐵軌，攝影師@劉利順）

▼

也是輸送

人員、設備的運輸通道

（江西萍鄉(xiāng)的青山煤礦，工人乘坐升降機下井，攝影師@胡寒）

▼

更是一個保障深井之下

人員、運輸、通風、排水

供電、通信、救援等的安全通道

（江蘇徐州的姚橋煤礦，井下整潔寬敞的高壓供電系統(tǒng)空間，攝影師@王標）

▼

沿著這些通道

人們終于能夠觸及

深埋于地下的煤層

然而有些煤層卻過于龐大

它們的距離延伸超過數(shù)千米

厚度可以達到上百米

在沒有機械的時代

面對這樣的“龐然大物”

人們只能手刨肩背

將煤炭一點點從煤層上剝落

再一筐筐背送至地面

在條件相對優(yōu)越的地方

可以使用炸藥破碎煤層

借助井下軌道和礦車完成運煤

即便如此

難度仍然超出想象

（早些年間四川山區(qū)的人力運煤，圖片來源@VCG）

▼

幸好

有了機械化的進步

讓一切發(fā)生了轉(zhuǎn)機

煤層破碎、裝載、運輸

地下空間的支護等工作

開始一一被機械所取代

開采效率也隨之大幅提升

（江蘇徐州姚橋煤礦的地面控制中心，攝影師@李新建）

▼

其中最先進的是

所有的地下工作

均能使用機械自動完成

徹底了告別人工采煤的時代

以神東礦區(qū)的上灣煤礦為例

它位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯境內(nèi)

在200多米深的礦井下

工作人員通過控制臺便可以操控

世界上首臺最大采煤機

一次性采出8.8米厚的煤層

與此同時

在開采的工作面上

128臺液壓支架一字排開

長度接近300米

它們接收指令、有序進退

實現(xiàn)對采煤現(xiàn)場頂部巖石的支護安全

（點擊圖片啟動采煤機，江蘇徐州的姚橋煤礦，智能工作面的自動化采煤，攝影師@李新建）

▼

而后

破碎的煤炭

沿著數(shù)千米長的運輸膠帶

被及時輸送至地表

所有工作井然有序

一氣呵成

（新疆吐魯番博斯坦煤礦下的運輸膠帶，攝影師@于建偉）

▼

截至2019年

全國已有98%的大型煤礦

實現(xiàn)了機械化采煤

井下事故的遇難者人數(shù)

也隨之從2004年的6027人

減少至316人

事故發(fā)生系數(shù)

下降超過97%

（事故發(fā)生系數(shù)即百萬噸死亡率，指的是每生產(chǎn)100萬噸煤炭死亡的人數(shù)比例，下圖為2002-2018年全國煤礦死亡人數(shù)變化，制圖@陳志浩/星球研究所）

▼

不僅如此

在多種機械的助力下

面對錯綜復雜的地下世界

人們的采煤工作

也變得游刃有余

對于近水平狀

厚度小于7.5米

賦存條件簡單的煤層

人們可以沿著煤層推進

一次性將煤炭采出

（上述開采方式即為長壁采煤法，制圖@陳隨/星球研究所）

▼

對于近水平狀

厚度一般超過5米的厚煤層

人們可以自上而下

分多層開采

當然也可以自下而上

進行放頂煤開采

即先在底部采出2-3米的高度

同時利用頂板壓力或者輔以人工方法

使剩余的頂部煤層

直接垮落、破碎、放出

（放頂煤開采示意，制圖@陳隨/星球研究所）

▼

任憑地下煤層

千奇百怪的肆意展布

人們只管見招拆招

截至目前

我國的采煤方法多達十幾種

是世界上采煤方法

種類最多的國家

就在數(shù)以億計的煤炭

從地下成功采出之后

地下世界的忙碌

卻絲毫不減

開采結(jié)束后

原本由煤層填充的空間

變成了巨大的采空區(qū)

如果置之不顧

將發(fā)生巖層垮落和地面沉陷

（請橫屏觀看，撫順煤礦的地面沉陷，攝影師@陳韶華）

▼

尤其是地面之上

有建筑、鐵路、水體等分布時

對采空區(qū)的處理更加重要

當在建筑下采煤時

往往需要在開采的同時

同步進行采空區(qū)的充填

或者預留部分煤柱提供支撐

以減小地表的變形和下沉

保證建筑不被破壞

（唐山市區(qū)的開灤煤礦，攝影師@姚金輝）

▼

在鐵路下采煤時

條件變得更加苛刻

必須最大程度減小地表的變形

以保證列車的安全通行

而在河流、湖泊等水體下采煤時

一切工作必須更加謹慎

不僅要防止礦井內(nèi)

突然發(fā)生的大規(guī)模突水事故

還要保證地表的水體不流失

（突水指大量水流突然涌入井下巷道的現(xiàn)象。姚橋煤礦東臨微山湖的昭陽湖，部分煤礦在昭陽湖區(qū)下方，源自@Esri Image Map）

▼

從挖掘各種地下通道

到應對不同形態(tài)的煤層和地表

地下開采的每一步

相較于露天開采

都異常艱難

當然

煤層開采的“藝術”

也并非一成不變

當露天開采

剝離的巖土與采出的煤炭

超出合理經(jīng)濟范圍時

需要轉(zhuǎn)向地下開采

（撫順西露天礦，垂直深度達到400米，攝影師@李樂）

▼

有時地下環(huán)境變得惡劣

以寧夏石嘴山的大峰煤礦為例

煤層的自燃使得地下溫度居高不下

嚴重危害人員安全

自2007年起

開采方式從地下轉(zhuǎn)向了露天

如果煤層

向地層深處延伸極大時

可以露天和地下同時開采

（山西平朔安家?guī)X煤礦，在露天礦場的周圍已經(jīng)開始地下開采，攝影師@崔永江）

▼

至此

從淺部煤層的露天開采

到深部煤層的地下開采

5300多座大大小小的煤礦

在中國大地上遍地開花

它們熱火朝天、日夜不休

讓中國成為了名副其實的

“煤炭帝國”

04
功與過但是

故事到這里

還未結(jié)束

時至今日

中國的煤炭年產(chǎn)量

已經(jīng)超過38.5億噸

是70年前的120倍之多

（1949-2019年全國原煤產(chǎn)量變化，制圖@陳隨/星球研究所）

▼

與此同時

全國的火力發(fā)電裝機容量

增長了708倍

總量居世界第一

（廣州南沙華潤熱電廠，攝影師@林宇先）

▼

鋼鐵產(chǎn)量

增長了6300倍

總量居世界第一

（河南洛陽洛礦鋼水澆鑄的場景，攝影師@黃政偉）

▼

化工行業(yè)所用的

合成氨、甲醇等產(chǎn)量

還有尿素農(nóng)肥產(chǎn)量等

已經(jīng)多年位居世界第一

（河南能源化工集團生產(chǎn)的尿素，圖片來源@VCG）

▼

熊熊燃燒的煤炭

點亮了萬家燈火

筑起了鋼鐵森林

也融進了14億人的生活

更成為這個覺醒的東方大國

拼命追趕、飛速前進的動力

（上?；疖囌?，遠處是上海陸家嘴，攝影師@胡楠）

▼

然而

我們也付出了不小的代價

煤炭的大規(guī)模生產(chǎn)

占用了大量土地

尤其是露天開采

直接破壞了地表土層和植被

地下開采還污染了地下水

也引發(fā)了地面沉陷等各種問題

讓生態(tài)脆弱區(qū)不堪重負

（河南輝縣采煤沉陷湖區(qū)，攝影師@傅鼎）

▼

煤炭的直接燃燒

還將煙塵、二氧化硫、氮氧化物等

大量污染物排入大氣

如此粗獷的使用造成了

酸雨、霧霾等環(huán)境污染問題

給人們的生活空間帶來了極大的挑戰(zhàn)

（北京霧霾天氣，攝影師@陳劍峰）

▼

煤炭的開采和利用

真的就一定要付出

這些沉重的代價嗎？

答案顯然不是

人們把開采產(chǎn)生的矸石

用作采空區(qū)回填的材料

以減少地表沉陷

（新疆三道嶺開采的廢石堆放的場景，攝影師@姚金輝）

▼

對露天礦場

進行復土造田，重新種植植被

以山西平朔煤田為例

截至2017年

土地復墾面積超過4萬畝

形成了采礦、復墾、還地的綠色開采模式

曾經(jīng)的露天開采現(xiàn)場

也可以變身為綠色的礦山公園

（內(nèi)蒙古呼倫貝爾的扎賚諾爾國家礦山公園，攝影師@趙高翔）

▼

對礦井水

統(tǒng)一進行潔凈處理

再用作礦井及礦區(qū)的生產(chǎn)、生活用水

（江蘇徐州姚橋煤礦的礦井水處理，攝影師@劉利順）

▼

正是通過這些方式

如今我國煤礦區(qū)的

土地復墾率占比52%

煤矸石綜合利用率達到71%

礦井水綜合利用率已經(jīng)超過75.8%

不僅如此

人們也在改變著煤炭的使用方式

比如在大型煤礦附近

人們直接建造起坑口火電廠

改煤炭運輸為電力運輸

實現(xiàn)污染物的統(tǒng)一管理和排放

（阜新火電廠與遠處的海州露天礦坑同框，攝影師@Rose Gold）

▼

而且

在煤炭燃燒之后

還要經(jīng)過除塵、除硫、脫硝等層層處理

確保氣體達標排放

以實現(xiàn)清潔利用

正所謂

（引自中國工程院院士謝克昌）

▼

煤炭用好了，就是清潔能源

與此同時

人們還在積極尋找其他替代品

除了石油、天然氣等傳統(tǒng)化石能源以外

水能、風能、光能、核能等

各種新型清潔能源

已經(jīng)逐漸進入國家的能源結(jié)構(gòu)

（新疆哈密天山腳下的風力發(fā)電場，攝影師@常力）

▼

以一次能源消費來看

煤炭的消費占比

已經(jīng)從70年前的90%以上

下降至60%左右

而且未來還會繼續(xù)降低

是的

在未來的某一天

煤炭的能源效用

或許會被徹底取代

從此在我們的世界中消失

但到那時

當我們再次談及煤炭

一定還會感慨萬千

正是它

點燃了新中國的第一把工業(yè)之火

也正是它

點燃了一個熱火朝天的時代

（冬日里熱火朝天的工業(yè)生產(chǎn)，攝影師@雁海）

▼

本文創(chuàng)作團隊

撰文：艾藍星

圖片：蔣哲睿

設計：陳隨

地圖：陳志浩

審校：黃超

專家審核

煤炭科學研究總院深部開采與沖擊地壓研究院 李春元 博士

中國礦業(yè)大學（北京）能源與礦業(yè)學院 張洪偉 博士

【致謝】本文的圖片內(nèi)容得到了中國神華準能集團的大力支持，特此感謝。

【參考文獻】

[1] 朱訓. 中國礦業(yè)史[M]. 地質(zhì)出版社, 2010.

[2] 中國煤炭志編纂委員會. 中國煤炭志 · 綜合卷[M]. 煤炭工業(yè)出版社, 1999.

[3] 徐永圻. 煤礦開采學[M]. 中國礦業(yè)大學出版社, 2015.

[4] 宋子嶺. 露天開采工藝[M]. 中國礦業(yè)大學出版社, 2018.

[5] 田會，白潤才等. 中國露天采礦的成就及發(fā)展趨勢[J]. 露天采礦技術, 2019.

[6] 2019年煤炭行業(yè)年度發(fā)展報告.

... The End ...

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