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原标题:饱受争议的背后,是3000000000+

饱受争议的背后,是3000000000+

这是一个

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》,

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)

饱受争议的背后,是3000000000+

展开全文

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)

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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

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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

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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传动的吊斗铲,

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)

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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)

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岩土被剥离之后

乎乎的煤炭露出

灵活的 单斗铲

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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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也有阜新的海州露天矿

(海州露天矿,

图片来源@ Esri Image Map

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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)

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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)

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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)

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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)

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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

铲车卡车

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

(新疆准东经济开发区中的卡车车队,

图片来源@VCG)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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

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)

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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)

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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)

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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)

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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

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)

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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

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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)

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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)

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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”

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120倍之多

(1949-2019年全国原煤产量变化,

制图@陈随/星球研究所)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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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)

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【致谢】 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。

【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

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