本文来自微信公众号：星球研究所（ID：xingqiuyanjiusuo），作者：艾蓝星，图片：蒋哲睿，设计：陈随，地图：陈志浩，审校：黄超，头图来自：视觉中国

这是一个由能源驱动的世界。以北京为例，每年需要251亿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915亿度电，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2019年国民经济和社会发展统计公报》）

▼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400km外，单一个内蒙古托克托电厂，年发电量就已经突破300亿度。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300亿度的背后，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1500节列车货厢。

（内蒙古鄂尔多斯的黑岱沟露天煤矿，源自@Esri Image Map）▼

若放眼全国，在960万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5300个。

（各省区在产煤矿数量分布，制图@陈志浩/星球研究所）▼

5300多个煤矿“齐心协力”，已经连续10年，年产量超过30亿吨，2019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。

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。

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1400亿吨，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233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。

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100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转动的吊斗铲，本身重达5300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。

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。

（吊斗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。

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。

经年累月地挖掘，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2000万吨，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500万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@Esri Image Map）▼

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1500万吨。

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3000万吨。

（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。

2008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）▼

2014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）▼

2019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2017年，全国露天煤矿约有420座。如今年产量超过1000万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？

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1000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。

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200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，128台液压支架一字排开，长度接近300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2019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2004年的6027人减少至316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100万吨煤炭死亡的人数比例。）

（下图为2002~2018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@Esri Image Map）▼

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400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2007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，5300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”。

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120倍之多。

（1949-2019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708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6300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。

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2017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@Rose Gold）▼

而且，在煤炭进入高炉之前，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：

煤炭用好了，就是清洁能源。

（中国工程院院士谢克昌）

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）▼

【参考文献】

[1] 朱训. 中国矿业史[M]. 地质出版社, 2010.

[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, 1999.

[3] 徐永圻. 煤矿开采学[M]. 中国矿业大学出版社, 2015.

[4] 宋子岭. 露天开采工艺[M]. 中国矿业大学出版社, 2018. 

[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, 2019.

[6] 2019年煤炭行业年度发展报告.

本文来自微信公众号：星球研究所（ID：xingqiuyanjiusuo），作者：艾蓝星，图片：蒋哲睿，设计：陈随，地图：陈志浩，审校：黄超