第三章煤炭的开采与发展   煤炭的主要成分是碳、氢和氧,人类可以利用这种成分,给生活带来方便。不用像远古时代一样去捡柴火,可以直接的利用煤炭资源。适应了便捷的煤炭资源,所以目前的煤炭资源是人类迫切需要的能源之一,本章就为你讲述煤炭资源的利与弊的问题。   人类对煤炭能源的需求   ※火车行驶使用煤炭煤炭作为燃料已经被广泛地应用于人类生活以及工业领域,近年来,国内外一些先进技术相继问世,素有“工业粮食”之称的煤炭更是在一夜之间身价倍增。   ※人类用煤取暖   参加首届中国煤炭与能源新产业博览会的赵亮富,他是中科院山西煤炭化学研究所博士,他说,煤在燃烧时会放出大量的热能,因此煤可以作为发电的能源。煤经过干馏可得到含碳量很高的煤焦,俗称“焦炭”,它的成分几乎全是碳元素,可作为炼钢、制造水煤气的原料。   ※煤炭干馏   煤炭干馏时所产生的气体,经过冷却后,部分成为液态氨和煤焦油,这在工业领域有着非常广泛的应用。而剩余的气体经脱硫、冷凝等处理,部分可以形成轻油混合物,部分还可以成为具有可燃性的煤气。   ※可燃性煤气   有专家表示,在各种煤化工技术中,炼焦是应用最早的工艺,而且至今仍然是煤化工的重要组成部分。焦炭除了可用于炼铁、炼钢外,还能与石灰在高温下相互反应,生成碳化钙(俗称“电石”),继而与水作用生成乙炔,最后,与氧混合燃烧生成高温火焰“氧炔焰”,它是焊接的主要热能来源。   如今,随着科学技术的不断进步和飞速发展,新一代的煤化工技术已经出现并被广泛应用,具有非常高的潜藏经济价值。如煤经气化可以生产出各种燃料气;经液化可生产出石油和化学产品。在石油短缺时,煤的液化产品将替代目前的天然石油。   专家还表示,除了以煤代油外,从煤中还可提炼矾、铝、铀等金属,可以生产化工产品、氨类炸药、化肥以及塑料工业所需的乙烯和聚丙烯,因此称煤为“工业粮食”,并不为过。   ◎煤炭的“家族史”   ※煤炉   随着时代的发展,“煤炭家族”与人类生活变得越来越密切,那么这一家族究竟从何而来呢?中科院山西煤炭化学研究所博士赵亮富解释了这一疑问。远古时代,大量植物枯死以后就会被冲流埋在地下,层层相叠,经过悠久的岁月与地壳的变动,还有细菌的生物作用及地质的高温、高压影响,经过煤化作用逐渐炭化,最后形成各种煤层。   在煤化过程中,氢氧的含量逐渐减少,而碳的含量逐渐增加。按含碳量划分,煤可分为最低级煤褐煤,次烟煤、烟煤和最高级煤无烟煤。在煤化的过程中,同时还产生了甲烷,部分进入大气圈,部分随地壳移动进入地质圈内形成储气层(俗称“瓦斯”)。   煤要经过几亿年的变化才能够形成,从地下挖出来输送到地面以后,还需要经过清洗、分类等处理才能够正式投入使用。煤在地球上的蕴藏量是非常有限的,全球煤炭蕴藏量预计可以使用200余年。   有专家介绍说,自上个世纪以来,人们采用不同程度的化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及化学品。这些“煤化工”产品最终构成了“煤炭家族”,并被广泛应用于人们的日常生活以及工业领域。   ◎“煤炭家族”是造福人类的“老朋友”   ※化肥提起“煤炭”,人们首先想到的就是它给人类带来了光和热。实际上,随着科学技术的不断发展和进步,“煤炭家族”在迅速扩充的同时,也越来越广泛地走进人类生活的各个角落。   衣服中竟然有煤炭提取而成的合成纤维?听起来或许有些不可思议。不仅如此,现在人们还可以通过煤的干馏等复杂的化学加工,从煤中提炼上百种化工产品,用来制作染料、化肥、塑料、涂料、糖精等。   煤还是一味中药,煤中的腐殖酸有止血消炎的功能,对某些妇科疾病也有着一定疗效。此外,从煤中提炼出的其他成分还可以制出一系列的药物,因此,煤得以跻身于许多医药典籍中。   ※含煤的雕刻   在现实生活中,人们的衣食住行处处都有着“煤炭家族”的身影:煤气已经步入千家万户;从煤中可以直接提炼柴油,煤还可以制冷,可以气化,可以提炼出矾、铝、铀等金属;煤渣可做成水泥、砖头;煤玉可用作工艺品的雕刻原料;煤经化学加工而制成的双氧水,在医药、食品、水产养殖、机械等多个领域都有非常广泛的应用。   近年来,以甲醇为燃料的“绿色汽车”已经现身街头。据专家介绍,制取甲醇最理想的原材料就是煤,从煤中提取甲醇的成本仅仅是提炼汽油的一半左右。   中国煤科的有关人士在进行了研究后说,到2020年我国将拥有5 000万吨的煤制油生产能力,总投资约4 000亿元,可大力支持我国国民经济对油品的需求。   ◎煤炭家族之“新秀”:煤层气   ※煤层气   “瓦斯爆炸”是造成煤矿事故频发的重要诱因之一,如今,随着科学技术的进步,人们已经可以将瓦斯“变害为宝”,把它用做居民和工业用的燃料,还可以用来发电。   赵亮富教授介绍说,煤层气又称煤层甲烷,也就是人们俗称的“瓦斯”。它是与煤共生的一种天然气资源,储量巨大。   应用新技术对煤层气进行开发利用具有十分重要的战略意义,它将改善我国的能源结构,促进我国以煤为主的能源体系逐步向洁净能新源产业转变。同时,煤层气的地面开发预抽了存在于煤层中的瓦斯,可以有效降低或杜绝煤矿生产过程中的瓦斯灾害,改善煤矿安全生产环境。   近年来,在山西晋城等一些地市,经过技术处理,人们已经能够用煤层气来烧火做饭。煤层气用做燃料使用能够减少温室效应,保护全球大气环境。另外,它还可作为煤炭的接续能源,为资源枯竭型城市的经济转型提供能源保证。   目前世界上30多个国家和地区已经开始进行煤层气的勘探和开发,我国煤层气勘探开发起步比较晚,自上个世纪五十年代以后的20年间,主要是为减少煤矿瓦斯灾害而进行的煤矿井下瓦斯抽放。近年来,我国已能够通过煤层气抽取技术供应工业和居民的燃料使用,并开始建立煤层气发电站。   知识窗   煤的燃烧过程是指煤中可燃成分(碳、氢、硫等)与空气中存在的氧进行剧烈的化学反应,放出大量的热并生成烟气和灰渣的过程。其主要反应:挥发分+O2→CO2+H2OC+O2→CO2S+O2→SOX(SO2)完全燃烧反应N+O2→NOX。   煤的燃烧过程必须具备3个条件:(1)供应燃烧所需的空气量。为了使煤中的可燃成分完全燃烧,全部转化成CO2、SO2、H2O等气体产物,所需的最低空气量称为理论空气量。由于煤和空气不可能达到理论的完美混合,实际上供应的空气量大于理论空气量,实际空气量与理论空气量之比称为空气过乘系数。   (2)保持高温环境,提高煤炭燃烧温度有利于加速燃烧反应和保证着火的稳定性,还可以减少化学和机械的不完全燃烧损失。预热鼓风锅炉可改善热力条件,有利于燃烧高水分、高灰分的劣质煤炭;液态除渣旋风炉温度高达1 760℃~1 800℃,大大强化了燃烧过程;固态排渣炉炉温受煤灰熔融性的制约,通常不超过1 200℃~1 350℃。   (3)为保证燃料和空气充分混合与良好接触,主要措施包括减少煤的粒度以增加煤的反应表面积、加压燃烧、调整气流运动等。   煤炭燃烧方式可分层状燃烧、悬浮燃烧、旋风燃烧和流化床燃烧4种,燃烧设备分别为层燃炉、煤粉炉、旋风炉和流化床燃烧炉。   1为什么人类需要煤炭资源呢?   2煤炭资源给人类带来了那些便捷呢?   3为什么会发生煤气中毒呢?   煤炭行业的发展与治理   煤炭会给环境造成污染,特别是对大气的污染,是环境治理的重点对象。同时,煤炭是我国的重要能源,在社会进步和经济发展中占有十分重要的地位。对于煤炭行业,我们既要治理环境,又要不断发展壮大。如果要探讨煤炭行业发展与环境治理的关系,那么环保型煤炭开发与利用技术是煤炭行业发展的方向。   ※煤炭的污染   ※煤炭的污染   ◎煤炭行业现状   每年,我国生产约13亿吨煤炭,经过深加工处理的煤炭不足30%,大部分煤炭直接作为能源燃烧,严重污染了环境。煤矸石累计量已达70×108吨,而且每年以15×108吨的速度增加,煤矸石深加工利用不足15%。煤炭的燃烧利用,每年可向大气排放大量的有害气体。煤炭直接燃烧是大气污染的重要原因,空气中的颗粒悬浮物60%来自于煤炭燃烧。SO2就达到1 800多万吨,SO2的排放量占全国总排放总量的87%,且每年以38%的速度增加。它是形成酸雨的根本原因,给工农业生产带来严重的后果,仅两广川贵四省因酸雨的影响而导致的经济损失就达到140亿元。煤矿每年排放污染水近14亿吨。因开采引起的地表塌陷面积达到40万公顷,且平均每年以15万公顷的速度增加。   ※煤炭开采造成地陷   煤炭开采与利用会引起地表塌陷、建筑物的变形和破坏,还会破坏良田,致使河流改道;矿井排水排矸及地下水位下降,恶化了水系生态环境,严重影响植物生长和加快水土流失等;地下水和许多矿区干涸,破坏水资源环境,在部分矿区还会引发沙漠化,使我国缺水的状况更加恶化。煤矸石、煤泥煤炭地表运输和电厂粉煤灰严重污染矿了区土壤成分、水质和光合作用,使生态环境脆弱,重建难度大。   目前,老矿区环境没有治理,新矿区环境又受到破坏,宏观上缺少环境保护和治理政策,所以措施非常少。从环境保护角度来看,煤炭行业是环境破坏的源头,处在人人喊打的局面,这对煤炭系统的发展十分不利。   ◎煤炭是我国经济发展的重要能源   我国是以煤炭为主要能源的国家。煤炭占我国一次能源的75%左右,且在今后20~30年中这种能源结构不会有太大的变化。目前煤炭年产量已达到13亿吨,随着我国经济建设的快速发展,只有煤炭产量将以更大的速度增长,才能满足国家经济建设需求。   煤炭产量的增长速度必须同国民经济增长速度保持一定的比例关系,否则就会严重影响国民经济建设。我国是发展中国家。煤炭行业作为国家经济基础的重要行业,应当优化发展。改革开放以来,我国经济增长翻了一番,煤炭产量也增加了1倍,没有煤炭资源的快速发展作为保证,我国经济建设不可能获得如此快速的发展。   煤炭行业在为国家经济建设做出重大贡献的同时,本身面临自身发展与环境保护的双重压力,长期以来我国煤炭行业存在着先生产后生活的原则。大部分矿区社会发展严重滞后,大部分矿区人民生活非常落后,矿工社会地位非常低。因煤炭行业在很长的一段时间内受计划经济的控制,煤炭产品单一,高科技、高附加值产品少,煤炭价格严重失调,利润转移。1985年国家对煤矿实行“拨改贷”,但是历史包袱沉重,煤矿没有还贷能力。离退休人员很多,职工素质不高,缺乏对市场经济的认识与准备,虽然近年来,因国家关井压产政策的实施,煤炭行业的总体环境有所改善,但大部分矿井因为多方面的因素还处于严重亏损的状态。   另一方面,随着人民生活水平的提高,社会对环境的要求越来越高。煤炭行业是污染的源头,是环境治理的重点对象,但是由于缺少资金,商业银行又不愿为其贷款,煤矿不可能利用大量资金来进行环境保护与治理,渐渐地就形成了恶性循环的局面。   如果煤炭行业的污染得不到治理,那煤炭行业必然要受到环境和社会的惩罚。如果矿区的环境继续脏、乱、差,与其他行业相比仍然有着巨大的反差,那么就不可能吸引人才来煤矿就业。目前已经出现采矿专业招生困难,毕业生不愿到矿区工作,煤矿技术人员严重流失,急需技术人才的现象。   如果不对煤炭开采与利用造成的污染进行治理,会严重影响人类的生产和生活,煤炭行业的发展必然要受到限制,并可能逐步被淘汰。因此,煤炭行业要发展,必须要走可持续发展的道路,加强环境保护工作。   知识窗   据介绍,中国煤制油技术的开发项目已经启动,众多极具有开发价值的煤化工技术潜在消费市场也正在开拓中。据有关部门预测,今后我国的甲醇需求将以年均12%左右的速度增长,高浓度的双氧水也将在航天工业中用作火箭燃料和氧源,这些都将促使煤化工行业更加受到关注。   专家指出,丰富的煤炭储量是我国煤化工行业发展的“基石”。在世界已探明的储量当中,我国的煤炭储量约占15%。近年来随着技术的更新,任何煤种都已能成为煤化工的原料。   1.煤炭的发展对人类活动有哪些影响?   2.对煤炭污染的治理有什么重要意义?   环保型煤炭开采与利用技术   ※煤炭开采   环保型煤炭开采与利用技术包括环保型煤炭开采技术与煤炭加工综合利用技术,它包括开采到加工的全过程,是一个在不增加煤炭行业自身负担的前提下系统协调发展的环保型煤炭综合利用技术,煤矿只有利用环保型煤炭技术,煤炭行业才能逐步减少对环境的污染,为人类提供洁净能源,造福于人类。   1.环保型开采技术   环保型开采技术是利用煤炭开采技术自身的特点,尽可能开采符合环保要求的煤炭的开采技术。   (1)煤层配采:我国煤矿大部分都是多煤层开采,各煤层煤质不同。在确定煤层的开采方法与开采顺序的时候,改变单一煤层的开采,尽可能对各煤层进行合理的协调配采。减少矿井煤炭灰分和有害气体的含量,使硫化物含量低于国家的标准。煤层配采可以减少地表沉陷的强度。   (2)矸石充填与改革巷道布置:利用古石充填技术,矸石不出井,利用煤矸石进行巷旁充填与采空区充填,这样,既少开了巷道,又提高了巷道支护强度,减少矸石运至地面后对环境造成的污染。煤矿生产应转变思想观念,加强巷道布置改革力度,尽量多开煤层巷道,少开掘巷石巷道。   (3)煤层气开采:我国大部分矿区煤层含有大量的瓦斯,而且有相当一部分矿井为瓦斯突出矿井,积极进行煤层气开采技术的研究,提高瓦斯抽放效果,为社会提供洁净能源,既可以保证煤矿的安全生产,又可以提高矿区的经济效益。   (4)推广房柱式与条带式开采:在矿山浅部,煤层采用房柱式与条带式采煤法,同时对其他煤层进行间歇式开采和煤种配采,这可有效防止地表的沉陷。   (5)修改煤炭技术政策,转变思想,降低对环境会造成严重污染的煤层开采强度。浅地表煤层限量开采,等到以后技术成熟后再进行开采。积极开展煤炭地下气化、液化和生物型开采技术的研究,从根本上杜绝煤炭利用对环境造成的污染。   (6)把矿井作为生活垃圾的处理厂,在地面对生活垃圾进行简单的处理后,形成一定强度的固结物,其作为井下巷道及采空区的充填材料,既解决了地面垃圾的处理问题,又为矿井提供了一种新型的充填材料。   (7)加强小煤矿的管理:加强对小煤矿的关井压产力度。小煤矿生产对自然环境的污染和破坏比统配煤矿要严重得多,频繁发生的安全事故已给国家和社会造成了很大的危害,国家应继续整顿小煤矿的生产秩序,要求其符合安全生产条件,那些对环境不会造成危害的小井,可以继续存在。不符合安全生产条件,对环境造成严重破坏的矿井一定要坚决取缔。   ※煤炭加工   2.环保型煤炭加工利用技术   (1)选煤新技术:传统的选煤技术主要是选矸石,出精煤,而对硫化物等有害化学成分处理的则比较少。在选煤过程中增加一道处理有害气体的新工艺,加入一定的添加剂,降低精煤中有害物质的成分,使煤炭燃烧后排出的气体符合国家排放标准。在型煤生产中加入降尘脱硫的添加剂,生产环保型煤。   (2)杜绝原煤直接燃烧:国家和地方应从实际情况出发,制定一定的方针和政策,推广使用型煤和配煤技术,减少煤炭直接燃烧对环境造成的污染。   (3)利用先进的煤炭深加工技术:目前水煤浆技术已经通过工业性试验,国家应重视并加大推广水煤浆技术的力度,减少大型企业因为直接利用原煤对环境造成的污染。积极开展煤变油的试验研究,既可以缓解石油紧缺的局面,又可以开展环境保护工作。   (4)粉煤灰处理技术:在火电厂燃烧后的粉煤灰中加入一定量的方解石等化学成分,使燃烧后的粉煤灰直接作为水泥骨料,或应用到其他行业中,使粉煤灰得到合理利用。   (5)充分利用矿井水资源:煤矿排出的矿井水经过简单的沉淀处理后,既可以浇灌农田,也可以缓解我国北方的干旱状况。对矿井水进行深层次的处理完全可以使其达到生产和生活用水标准。   (6)煤矸石处理技术:煤矸石可以制砖,还可以生产彩色陶瓷,也可以作为水泥原料。过火的煤矸石还是路基的好材料。   (7)煤泥治理技术:选煤厂的煤泥水要实现闭路循环,煤泥可用来制作化肥、水煤浆和型煤。煤泥脱水后,加入一定的添加剂还可以直接用于锅炉燃烧。   煤炭行业是环境污染的大户,但又是国民经济发展的基础。煤炭企业要改变落后的局面,应积极争取国家和地方的支持,靠自身努力,走环保型煤炭技术之路,为我国经济建设提供清洁能源,彻底根治污染源,走上健康快速发展的道路。   知识窗   煤炭作为能源被大规模开采,在传统的观念中,煤矿生产总是和那股浑浊的矿井水相伴而行,一直流淌到今天。随着科学的发展和环保意识的提高,人们对矿井水也有了新的认识。从自然排放到治理排放,从排放到利用,实现从废弃物到资源开发利用的转变。矿井水来自地下水系,属于水资源,由于生产的开凿,水从岩层中涌出,在未经污染前是清洁的水,水量的大小取决于井下地质条件和人类生产方式。通常生产煤水比为1∶05~1∶5,个别矿井高达1∶10以上,日涌水量少则几千立方米,多则数万立方米。由于生产污染,矿井水变得色泽浑浊,悬浮物含量高、沉积量大,未经处理排放后,矿井水对所流入的河流造成了严重污染。但是由于处理环节复杂、治理工程投资费用高,所以一直没有得到合理解决。   20世纪90年代以来,矿井水的治理及综合利用工作在国内一些煤矿取得了良好改善。以国投新集能源公司新集二矿为例,该矿年产煤炭300万吨,日产矿井水量为1万立方米。1996年该矿投资400万元兴建矿井水治理工程,1997年建成启用,同年6月配套完成了初期矿井水综合利用体系,将处理后的矿井水补供生产用水系统。经过不断完善,目前矿井水综合利用规模已达到每天4 500立方米,在保证矿井水达标排放的同时,还获取了大量的生产用水。每年可节约生产用水费70余万元。今年该矿又对处理矿井水系统进行了全面的改建和扩建,提高处理能力及处理等级,使处理后的矿井水能成为生活用水,预计此系统全面运行后,每年可节约水费150万元以上。   矿井水的大规模开发利用不仅能在环保、节约水资源和降低用水成本上取得良好的社会效益和经济效益,同时还能节省一笔数量可观的水源建设工程投资费用。矿井水是宝贵的可利用资源,不同的煤矿可根据自己的实际情况加以开发利用,如:井下岩层涌水在未经生产污染前可将其收集并集中排往地面水厂作为生活用水;许多老矿区都存在不同程度的地面塌陷区域,完全可将污染的矿井水排放进去,经过自然生化处理后再重新利用。   1.怎样既环保又安全地开采煤炭呢?   2.我们该如何对环境进行保护呢?   3.死去的人体能不能形成煤炭呢?   煤炭开采存在的问题   ※煤炭对环境的污染   进入21世纪以来,能源短缺已经成为全世界普遍关心的主要问题之一,世界各国对它的关注程度越来越高。中国“富煤、贫油、少气”的能源格局决定了在很长一段时间内,煤炭依然是最主要的能源资源,因此煤炭产业发展的好坏必然会影响到其他行业以及经济与社会的发展。内蒙古鄂尔多斯市拥有丰富的煤炭资源,是全国露天煤炭生产基地之一,内蒙煤炭产业经过几十年的发展已经具备一定的规模,虽然煤炭资源丰富,但在开发利用方面依然存在着很多问题,比如盲目开采、回采率低、资源浪费、对环境造成了严重的污染和破坏等。   (1)开采的过程中煤炭资源浪费严重   在一些富煤区的大矿井田范围内,小矿越界开采,破坏和浪费资源的情况十分严重,抢夺资源的现象经常发生。一些极厚煤层地区,企业为了提高产量,以浪费资源为代价,换取暂时的经济效益。一些企业采用一次采全高的方法,只采中间一层,顶底煤被废弃,采一丢四;另外一些小型煤炭企业采煤方法十分落后,对煤炭的回采率有的甚至还不到30%。一些矿区的违规建筑物存在着大量的压煤现象,建筑物压煤程度有的达到了矿区剩余可采储量的80%。   (2)开采机械化程度低   我国煤炭的开采方法,特别是壁式采煤法的应用与发展以及高产高效综采放顶煤技术,具有世界领先水平。但从总体上看,我国开采机械化程度还是十分落后的,特别是那些小型煤矿,大部分采用巷道式、房柱式等落后的采煤法。   (3)煤炭资源综合利用率低   目前,我国煤炭资源综合利用率比较低,尤其对煤炭共伴生矿产资源的综合勘探、开发和利用水平低下,缺乏有效的监管机制和先进的技术支持。共伴生矿物利用率现状无法考证,综合利用技术还没有完全过关,在现有的技术条件下,一些共伴生矿物还无法进行大规模具有经济效益的开发利用,综合利用产品的科技含量与附加值比较低。   ※煤炭燃烧   (4)原煤入洗率低   由于我国一直都是以销售原煤为主,这种传统的经营模式使得我国原煤入洗比重非常低。目前我国原煤入洗率在24%以下,在世界主要产煤国家中是最低的。据调查,美国的原煤入洗率为55%、德国为95%、澳大利亚为75%、波兰为50%、俄罗斯为60%、英国为75%、日本为100%。   (5)煤炭行业产业布局不合理   我国目前仍然以原煤消费为主,产品附加值低,造成了大量长距离的无效运输,由于煤炭企业自身产业升级水平低下,而以煤炭为原料的工业企业大多距煤矿较远,因此原煤需要进行大量长距离的运输才能被加工成高附加值的下游产品。   根据相关调查,内蒙古地区因为煤炭开采引起的生态环境破坏比较严重。在煤炭开采的过程中,经常会诱发煤层自燃、透水、瓦斯爆炸3种灾害,破坏原本脆弱的生态环境。在煤炭露天开采、掘井过程中,由于剥除矿体表层土壤,破坏了地表植被,加速和扩大了自然因素所引起的土壤破坏和岩石的侵蚀,造成了水土流失,破坏了矿区地貌。由于采矿导致矿区原有地貌发生变化,改变原有景观,甚至造成地表局部塌陷等,侵占、破坏了土地资源。任何开采方式都不可避免地需要占用一定数量的土地,用来修筑道路、固定井架、建立料场以及必需的生活设施,以保障矿山开采的顺利进行。   除了露天采掘会直接破坏大量土地外,采煤排出的废石、废渣也侵占了大量土地。采煤过程中产生的废渣、工业垃圾和尾煤。不仅侵占了大量土地,而且还破坏了植被和生态环境,加剧了水土流失和土地沙化。采煤产生的废水大部分不经处理就自然排放到河流和渗入地下,造成地表水和地下水质严重污染。另外,大量煤矸石、石灰石等固体废物堆积,既造成大量土地资源废弃,又对水土、资源、环境造成破坏和污染。同时,矸石山自燃会排放大量的一氧化碳、硫化氢等有害气体,也会严重污染大气,使矿区的环境更加恶劣。   一些煤矿区由于煤矿开采引发的主要地质灾害有滑坡、泥石流、地面塌陷、土地盐渍、沙漠化、水土流失、煤层自燃等。采煤造成土地塌陷带来的最直接的后果是土地资源的毁坏,矿区水均衡遭受破坏。由于煤炭开采过程中的井坑需要疏通排水,所以煤矿区地下水水位下降十几米,造成大面积的漏斗,破坏了整个地表水、地下水的均衡。   知识窗   诺贝尔经济学奖获得者保罗·克鲁岑曾提出:当大规模的临时解决方案,遏制全球变暖。进入空气层硫有针对性的注射可以减慢气候变化。但地球工程实验很快被批评者拒绝,后果是不可预知的和潜在的灾难性,是否同一时间,因为作为一个主要的环保措施,20世纪70年代世界现在基本上脱硫氛围。工业化国家筛选出从煤和石油产品的空气污染,改善空气质量。在中国和其他新兴市场和发展中国家难以脱硫烟气,但是。能够减缓气候变化的灰尘,而中国在过去十年煤电变得更加积极。   1.煤炭的开发存在哪些问题呢?   2.有多少煤炭可供人类开发?   煤炭行业的现状及前景   ※煤炭资源   我国是世界上少有的以煤为主要能源的国家,在世界已经探明的化石能源储量中,中国的煤炭含量占世界总量的15%。2002年,煤炭在能源消费中约占66.3%,工业消费在煤炭消费结构中约占90.9%。在工业消费中,电力用煤占48%,冶金用煤占8.5%,建材用煤占7.2%,石油加工用煤占6.7%,化工用煤占5.7%。2003年,全国原煤产量达到16.67亿吨,消费总量也超过了16亿吨。2003年全国发电装备装机容量达到38 450万千瓦,其中火电(燃煤发电)占到总容量的74.3%。有专家预测,到2020年,即使将煤炭在一次能源消费中的比例降到60%,其总量也将超过21亿吨。因此,国家中长期科学和技术发展规划战略研究报告明确指出:“我国资源特点决定了以煤为主的能源结构在相当长时间内不会改变”。虽然2003年中国国土资源部公布的数据表明,煤炭和石油储量有所下降,但是从现有的资源量分析可知,煤炭具有中长期的保证是毋庸置疑的。   煤和石油、天然气一样,本身并不是污染源,但是由于煤的不合理利用和煤的利用技术落后,才使得我国这样一个以煤为主要能源的国家环境污染特别严重。燃煤是煤炭利用的主要方式,洗煤是煤炭燃前最主要的洁净方式,它可以脱除50%~80%的灰分和30%~40%的硫分,但是在2003年,煤炭生产企业洗精煤产量仅为1.63亿吨,不足煤炭总产量的1/10。中国工程院2001年先进能源技术咨询研究报告的数据表明,我国SO2、CO2排放量的85%,烟尘的70%和NO2的60%均来自燃煤。2003年中国的SO2排放量已经高达2 120万吨,成为世界第一,远远超过了1 620万吨的环境自净能力;CO2以9亿吨以上的碳排放量也跃居世界第二;2 000万吨以上的NO2,排放量超过约120万吨的环境自净能力。煤烟型的大气污染使全国监测的340座城市中,空气质量达二级标准以上者仅仅只占41.5%,而劣三级城市达到91座,约占26.7%。研究结果表明,大气污染造成的经济损失约占GDP的3%~7%。   煤炭避开了国际政治热点地区,可保证供应上的安全。此外,煤炭的利用按照市场经济规律,实施中国煤炭可持续发展战略,是煤炭可持续供给的根本出路。制定国家煤炭可持续供给的中长期发展战略,确立煤炭供需关系、建立宏观调控体系和落实必要的政策保障是十分重要的。   ※煤炭矿区   一是对现有生产矿井着力提高资源回收率、合理开采强度。延长矿井服务年限,对资源枯竭的大中型矿井,加强地质勘探,寻找新的资源。对资源丰富,产品有市场的乡镇矿井,进行联合、提高其生产能力。二是根据供给能力变化,落实新矿井开工规模。在矿井建设中要优化设计、深化改革、缩短建井周期。三是加快地质勘探改革步伐。组建精干高效,具有高技术、先进设备的现代化专业队伍,承担基础性、公益性的地质工作,推进商业化勘探工作,逐步完善风险勘探机制。   由于冬季取暖燃油需求巨大并且库存紧缺,所以国际市场原油价格继续上涨,使很多西方国家不得不考虑扩大利用煤炭这一廉价燃料。据报道,美国为解决电力短缺问题已经决定建造100多座使用洁净煤的火力发电站。所以煤炭发电专家认为,煤炭的储量十分丰富,所以可以多建以廉价煤炭为燃料的火力发电站。目前全球已查明的煤炭储量可开采250年,比天然气和石油可开采的年限分别多185年和205年。另外,煤炭矿藏在全球的分布比较均匀,而且避开了国际政治热点地区,可保证供应上的安全。此外,煤炭的利用也比较简单和安全,这一点在火力发电方面要胜过天然气,煤炭资源的发展前景非常好。   因此,坚决推进煤炭的综合利用,治理煤炭市场秩序,有效缓解安全事故频发现状,实现产业升级是一条非常重要的市场手段。通过煤炭的高效综合利用,提高能源效率,降低原料需求,从而缓解大规模、超能力无序开采;通过综合利用,减少无效运输,从而直接缓解煤电油运的紧张局面。推进煤炭综合利用,有利于保护资源和环境。综合利用可以为研发提供资金保障,有利于大幅度促进煤炭行业的发展和进步,缩短高科技产业转化周期,促进安全生产和产业升级。   知识窗·煤尘爆炸的主要特征是什么·   煤尘爆炸是一种复杂的、异常迅速的物理和化学转化过程,它有以下几种特征:   (1)温度高:煤尘快速氧化并且燃烧,在很短时间内可以产生大量的热能,使空气温度迅速升高,瞬间温度可达2 300℃~2 500℃。   (2)压力大:煤尘爆炸的时候,气温快速升高,压力增大。一般爆炸压力可达0.7~0.8兆帕。实验证明:煤尘爆炸时反应热和传播速度越大,那么爆炸压力就越大,因而其破坏性也越大。爆炸压力随着离开爆源距离的增大而呈跳跃式增大。如果遇障碍物或巷道断面的突然变化,爆炸压力则更强。这是造成距爆源较远的巷道破坏较大的一个非常重要的原因。   (3)强烈的冲击波和火焰:当煤尘爆炸的时候,由于高温、高压的原因,可以产生强烈的冲击波和火焰。实验证明,火焰的传播速度可以达到610~1 800米/秒,而冲击波和传递速度可达2 400米/秒。当爆尘刚刚被引爆的时候,冲击波和火焰的速度几乎是一样的,但是,随着时间的延长,冲击波的速度将逐渐超过火焰的速度。   (4)产生大量的有害气体:煤尘爆炸时,会生成大量的一氧化碳和二氧化碳。一氧化碳含量可达2%~3%,甚至高达8%,而二氧化碳可达10%以上,这是造成大量人员伤亡的一个非常重要的原因。因此,《煤矿安全规程》规定,每一个入井的人员都必须随身携带自救器。   (5)产生“皮渣”和“粘块”:煤尘爆炸时,一部分煤尘被局部焦化,粘结在一起,沉积在支架和巷道壁上,形成煤尘爆炸的特有产物——“皮渣”和“粘块”。这是煤尘爆炸和瓦斯爆炸的不同。   1.我国煤炭行业的现状如何?   2.我国煤炭行业的发展前景如何?   清洁煤炭的梦想   很早以前,人们就有了将燃煤变成低碳排放的清洁燃料的想法,而且发展这项技术的工程已经启动,但是得到全面的应用还需要很长的时间。煤是最便宜和最丰富的化石能源,地球上的煤还可以为我们提供几百年的能源供应。但是,若干年后,烧煤所释放的二氧化碳(CO2)可能使得我们这个星球不再适合人类居住。那么,我们有没有办法获得没有碳排放的能源呢?   煤炭技术人员认为,让煤达到零碳排放的办法就是,在煤燃烧的时候将它产生的CO2捕捉起来埋到地下,让它从哪儿来回哪儿去。地底下有足够的地方储存CO2,而且可以安全地储存上数千年,这正是碳捕捉与储藏技术(CCS)的初衷。如果这项技术有朝一日能够达到我们的要求,那么,储煤丰富的美国、中国、印度等国家和地区就可以像两个世纪前的欧洲工业革命时期一样,在后工业年代中继续使用煤炭做燃料。   ◎政府的热情与冷清   说起CCS,最早要追溯到1979年。当时,国际应用系统分析研究所的塞萨里·马舍蒂提出了一套CO2的掩埋系统,他认为,这种技术可以作为一种应对气候改变碳排放的途径。但是这类项目直到1996年才开始实施。当时,挪威国家石油公司在北海司雷普纳威斯特气田分离天然气中的CO2,并将这些CO2重新压回海床之下的一个沙石蓄水层。目前,这个项目每年仍然掩埋100万吨的CO2。如今,在加拿大萨斯喀彻温省伟伯恩和阿尔及利亚的萨拉赫也有了类似的系统,都是将CO2打回到现有的油井中,然后将原油压出来。   尽管这项技术受到追捧,但这些项目并不能处理大型煤火力发电站所产生的大量的CO2,也无法减少人类活动所排放的CO2总量——每年约240亿吨。要削减这些二氧化碳中的4%就需要1 000个司雷普纳掩埋点。除了上述这些配置以外,人们所拥有的就是一些混乱的研发项目了,其中很多项目还在蓝图设计阶段。   ※煤火力发电站   2007年9月,美国有一个叫做未来发电的工业社团宣布,伊利诺斯的麦图将成为测验CCS的新型发电站地点,他们计划从2013年开始在电站的岩石下掩埋CO2。当时,伊利诺斯州州长罗德·布拉格杰维奇信心满满地说:“随着我国成为世界上最清洁的燃煤发电站之家,人们的烧煤传统将会焕发新的活力。”可是,6个星期后,政府对将要分担的13亿美元,望而却步,最终,该项目被废弃了。尽管如此,CCS依然不缺少“粉丝”。去年10月,英国政府高级商务部长约翰·哈顿预测,到2030年,广泛应用的CCS“将使得超过英国1/3的电力由该技术产生”。而在德国,唯有符合新能源政策的CCS才能够与大量新型烧煤发电站结合起来使用。   然而,在能源工业中,很少有人相信这些遥远的目标会马上实现。麻省理工学院于去年发表的一项叫做“煤炭未来”的研究认为,世界上第一座CCS商业工厂最早也要在2030年投产。美国爱迪生电力协会的托马斯·库恩,他代理着美国绝大部分发电机,其中有一半都是烧煤的,采用的是类似的生产线。去年9月,他告诉美国众议院,一个大型烧煤发电站CCS排放的商业配置需要25年的研发时间,花费大约需要200亿美元。   再说欧洲,欧称希望在2015年之前让12个示范性工厂运作起来。比如2007年11月,英国政府就宣布了建设一个30万千瓦的发电站,并将在北部海域之下开采完的油田里储存CO2,出乎意料的是,人们对这个项目并没有什么热情。欧盟在今年1月的一个能源政策的陈述中,再次声明它对CCS的热情。   ◎不可能实现的零碳排放   由于所涉及到的CO2体积庞大,就算是从发电站将气体运输到掩埋点也不是那么简单的事情。据一项国际能源机构的研究估计,欧盟需要用15万千米长的管子来传输排放到北海的CO2。假如这个系统还要继续运行的话,那么也需要与之配套的庞大的工业体系。所以,必要的资本投入将是浩大的,任何一个CCS系统的运转费用都是十分惊人的。美国政府估计,CCS系统将使得燃煤火力发电的成本提高75%。这笔庞大的开支到底有多少,又由谁来埋单?而实际应用的数据还会有出入,因为,CCS系统本身也要消耗10%~40%由化石燃料发电站所产生的能源。   另外,还需要考虑的因素有挖煤机械和运输煤炭到发电厂的卡车和火车等运输机械的耗能。所有这些,大概就要用掉1/4由这些煤炭发电站所产生的能源,而这一部分的碳排放在CCS系统运作之前是不会自动消失的。根据斯图加特德国航空中心的彼得·万巴恩所发表的一份比较详尽的评估推算,最好的CCS设备最多可以降低烧煤发电站2/3的温室气体排放。与之相比较,绝大多数可再生能源终生的碳释放量却仅仅有燃煤能源的1%~4%。不管怎么说,人类到目前为止还没有放弃烧煤的打算,所以,CCS技术可能最终会在减少煤炭碳排放上起到非常重要的作用,进而对全球气候变暖危害的控制具有十分积极的作用。不过,这类系统暂时还不大可能在一夜之间变成现实。至于想把煤炭变成零排放的清洁能源,那恐怕还是个梦想。   ◎如何更清洁地使用煤炭   煤炭,是目前中国主要的能源资源,但它也是造成中国大气污染最大的污染源。合理燃烧和利用煤炭资源,同时最大限度地控制煤炭引发的生态环境污染,已经成为煤炭行业专家学者关注的重点。   目前,在中国的一次性能源构成中,煤约占七成五。专家认为,这种状况在今后相当长的时期内不会有太大的改变,未来有可能下降到六成五,但仍然占主要份额。就煤炭消费总量而言,将从现在的约十二亿吨增长到十八亿吨。   ※煤炭燃烧造成的大气污染   煤炭燃烧产生的能源,对中国的经济发展和民众生活发挥了十分重要的作用,同时,煤炭燃烧所排放的二氧化硫又占全国总排放量的八成七。煤燃烧造成的污染已成为制约中国经济和社会持续发展的一个重要因素。专家认为,如果不采取有力的治理措施,这种局面将会加速恶化,直接影响中国人的健康和耕地的保护。   中国能源研究所所长黄毅诚认为,提高煤炭的利用率可以在一定程度上减少二氧化硫排放量。锅炉容量至少在每小时一千蒸吨以上,才能做到煤炭的高效利用和清洁燃烧。所以,国家应该把生产的煤炭,除了用于冶金工业和作为化工原料外,都用来供大型电厂发电。   国家环境保护总局环境与经济政策研究中心研究员王汉臣则希望调整电力结构,大力发展水电、积极发展核电,降低煤电比例,减少煤炭的消耗量。他还建议调整城市燃料构成,在西气东送的管道天然气经过的城市,要将天然气优先作为燃料,增加清洁能源比例。   清华大学热能系教授、中国科学院院士徐旭常认为,为了使环保投入能够产生尽可能明显的社会效益和经济效益,深入研究与开发适合中国国情的低费用、低水耗的更新型的烟气脱硫技术是中国二氧化硫污染防治基础研究及技术发展的重要方向。他还提出,应该制定新的环境法规,要求所有的煤粉锅炉都采用低氮氧化物煤粉燃烧新技术。   尽管对怎样发挥煤炭优势、限制煤炭的污染各有策略,但对于怎样进一步控制与能源相关的大气污染,大家所见略同。他们认为,要遵循污染预防的原则,把末端治理与继续优化能源结构、增加清洁能源比例、调整工业结构、提高能效结合起来,把法律手段、行政手段与市场手段相结合,完善现行环境法律,加大执法力度,提高法律制度实施的有效性。   知识窗   煤在燃烧过程中产生的黑烟及烟雾,在高温的作用下转化成可燃气体燃烧,致使燃料中的可燃成分在密闭中得以全部利用,从而彻底改变了传统锅炉的燃烧方式。从这种意义上说:烧煤也可以还您一片蓝天。这是在近日参加由中国-欧盟能源环境项目主办的一次题为“中国洁净煤发展政策国际研讨会”上获得的信息。   依托尖端科技、结合现代微电子技术制造的微电脑控制煤气化环保节能锅炉,彻底改变了传统锅炉的燃烧状况,使锅炉燃料在封闭式中充分燃烧,不但消烟效果明显、稳定,而且锅炉出力大、上火快,可以保证用户的热源,又大大节省了燃料。如此自动恒温控制燃烧,不仅可以长时间无需专人职守,无需架立高烟囱,只需要将锅炉通气孔引出室外,而且环境效益、经济效益和社会效益都非常好。   该锅炉属于一次加煤的恒温自控,当温度达到设定值后能自动减慢燃烧速度,节约燃煤,同时,在使用的时候,如果出现回水不畅的现象,可以自动封火,从而保证了锅炉的安全使用。该锅炉的设备运行费用为燃油的1/3,燃气的1/4、电锅炉的1/7和型煤的1/2。其热效率达80%以上,专家评定说:该锅炉必将成为锅炉行业更新换代的产品,将拥有广阔的市场前景和巨大的生产潜力,不仅可有效改变目前煤炭利用率低、污染大的局面,而且对社会环保做出了巨大贡献。   1.真的能够实现清洁使用煤炭技术吗?   2.煤炭是再生能源吗?   3.煤炭能源在能源中占什么位置?   煤炭工业在能源中的地位   ※煤炭工业经济发展是社会进步的标志,能源是经济发展的基础。经济、能源、环境协调一致发展,是中国实现现代化目标的重要前提。基础能源是国民经济和社会发展的重要战略物资,是人类赖以生存的条件之一。根据技术成熟情况,基础能源目前可分为两大类,一类是传统能源,包括化石燃料(煤炭、石油和天然气)、水能、核能等;一类是新能源,包括生物能、太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能等。   (一)各种能源的应用比较   1.化石燃料:现在,世界的能量消耗,90%来自煤炭、石油和天然气。使用化石燃料作为基础能源在技术上比较成熟,应用范围较广,投资较少,投资回报快。化石燃料在开采利用过程中对环境的影响主要有三个方面:一是开采过程对土地、村庄的损害和对水资源的影响;二是燃烧时产生的各种气体与固体废物危害较大,如化石燃料的大量消耗增加了大气中二氧化碳的浓度,从而导致温室效应,改变了全球的气候,危害生态平衡,此外生成的二氧化硫和氮氧化物还形成酸雨,严重破坏地球环境;三是发电时的余热所造成的污染,火电站发电所剩“余热”被排到河流、湖泊、大气或海洋中,在多数情况下会引起热污染。在三种主要化石燃料中,天然气对环境的影响最小,其次是石油,最严重的是煤炭。然而,以成本的角度来看,三者恰好相反。   2.水力能源:修建水库可以防洪,也可以改善水的供应和管理、增加农田灌溉,同时水力发电成本比较低。另外,水力也有着投资大,工期长,长期效益好、短期效益差,资金回收慢,自然与社会风险大等缺点。巨大的水库可能引起地表的活动,甚至诱发地震,还会引起流域水文上的改变。水库建成以后,大量的野生动植物可能会被淹没导致死亡,甚至全部灭绝。对水生动物而言,由于上游生态环境的改变,鱼类会受到影响,导致灭绝或种群数量减少。受淹地区城市搬迁、农村移民安置会对社会结构、地区经济发展等产生一定的影响。另外,自然景观和文物古迹遭到淹没与破坏,更是文化和经济上的重大损失。   3.核能:以核为动力的燃料是核燃料,相比于煤或石油,它没有空气污染、没有漏油等问题。它唯一的缺点是存在放射性污染,一旦出现核泄露,后果将会是不堪设想的。因此,为了保证安全,由反应堆所产生的放射性废物应该与环境隔离,不能让它进入生态环境。20世纪70年代初期,美国大部分放射性废物均存贮在大容积的钢槽内,由于辐射内热而造成沸腾现象,因而需要经常冷却和搅拌。但是,这种贮存方法只是权宜之计。在对由反应堆排出的放射性废物进行最终处理时,究竟应存贮于哪里,虽然多年来已提出各种建议,但是至今还没有完全解决。一直被奉为干净能源的核电站,给人类留下的高放射性废料,在下个世纪也将会是一个非常棘手的问题。   4.新能源:新能源的最大优势在于它的环保性和可再生性。它的发展势在必行,是不可逆转的。但是目前由于受到技术条件的限制,应用范围比较狭小,还不适用于大规模生产。   (二)我国能源情况   ※煤炭工业   新中国建立以来,经过了60多年的发展,目前中国能源工业已经形成了以煤炭为主、多能源互补的能源生产体系,在一次能源生产和消费总量中的比重大约为:煤炭75%,石油17%,天然气2%,一次电力(水电、核电、新能源发电)6%。改革开放以后,无论从数量上还是质量上,中国能源工业都得到了很大的进步,中国进入了世界能源大国的行列。目前我国一次能源生产和消费均居于世界第二位。中国能源工业在许多领域已接近或达到世界先进水平,这是值得我们自豪的地方,但是,我们也应该对中国的资源情况进行客观详实的分析。   我国能源资源的基础有以下几大特点:   1.品种齐全:到目前为止,我国已发现煤炭、石油、天然气和铀等所有燃料矿产。   2.总量可观:根据中国原地矿部资料,中国能源矿产已经探明可采储量(不包括铀)约占世界总值量的11%,位居第三。如果以单位国土面积的拥有量计算,中国每平方千米的能源矿产资源高出世界陆地平均水平约60%,是世界上能源矿产资料丰度较高的国家之一。   3.人均拥有量及消费量少:尽管中国能源资源丰度很高,但是以人口平均值计算拥有的数量却非常有限,只有230吨左右,相当于世界平均水平的51%,石油仅占1/10。我国1997年一次能源生产量为13.34亿吨标准煤,人均能源消费量仅为1.165吨标准煤,人均电量为893kWh,不足世界人均能源消费水平2.4吨标准煤的一半,位居世界第89位。   4.矿种结构落后:目前中国矿物燃料资源中的现代能源矿种石油和天然气所占比重仅为2.3%,而世界能源资源的平均水平却高达21%。   5.空间分布不均:中国的能源资源空间分布十分不均匀,具有非常明显的区域化特征。以中国能源矿产资源探明储量的6大区域分布看,矿物能源资源的80%分布在北方,其中,油气主要集中在东北和西北两大区域,煤炭主要集中在华北地区,而水电资源的70%则集中在西南和西北。而人口稠密的华东、华中和华南仅仅只占全国能源资源的总量的l/5。   6.能源利用效率低:中国是世界上单位能耗最高的国家之一。1995年,我国的能源强度是美国的4倍左右。工业在我国经济中的作用大于日本和美国,而我国的工业仍过分依赖于低效率、小规模的生产方式,而且能源技术,特别是能源密集型产业和主要能源消耗设备的效率还远远落后于西方工业化国家。目前,我国的工业锅炉的能源效率仅为西方发达国家的80%;钢铁、冶炼行业的能耗是西方发达国家的2倍;鼓风机及水泵的能源利用仅为国际水平的85%;国产电动机在产生相同动力的情况下,其电力消耗量比国际水平高5%~10%。   7.环保问题突出:我国的污染主要煤烟型污染。来源于生活以及取暖用煤和生物质燃料燃烧造成的室内空气污染每年约造成111万例早亡;我国南部和西南部高硫煤地区的酸雨已经危及全国10%的土地面积,使受影响地区内农作物及林业生产率平均下降3%。这些资料说明,燃煤造成了环境的退化,并严重威胁着人类的生存与发展。   (三)能源发展预测   在人类利用能源的历史长河中,石油、煤炭、天然气等常规能源只是短暂的一瞬间,所以人类必须从现在开始,尽快寻找新一代的替代能源。虽然化石燃料的不可再生和引发生态环境恶性化的后果促使人们努力开发核能、氢能等新的能源技术,然而能耗结构的转化是革命性的,这需要一段很长的技术准备和过渡时期。专家预测,由于新能源技术成本高,价格比较昂贵,在本世纪前50年内,煤炭在我国一次能源构成中仍占有重要地位。   近15年来,我国的能源消费出现了两种显著的发展趋势:一是初级能源消耗的平均增长速度远远低于国民生产总值的平均增长速度;二是优质能源如电力、气体燃料在终端能中的比例不断增加。在未来25年,保持这两种趋势将有助于降低能源消耗所带来的环境污染。   根据国家有关部门的规划,未来20年中国能源消费需求比目前增长1倍左右,其中煤炭将达到26亿吨、石油13亿吨、天然气800亿立方米。问题在于中国的资源前景并不是特别乐观。在没有大的能源矿藏被发现的情况下,除了煤炭资源尚能满足到2020年的国内消费需求之外,石油、天然气和铀矿资源只能维持到2010年的能源消费。进口部分石油、天然气,可以在一定程度上缓解我国能源消费结构上的不合理。但是从战略能源安全角度及经济性角度考虑,大量进口不可能满足我国对基础能源的需求。况且根据国际上通行的能源预测,石油将在40年内枯竭,天然气将在60年内用光。   如今,在目前世界石油价格居高不下的情况下,煤炭的成本优势将会更加明显。欧佩克要把石油价格稳定在每桶40美元到50美元之间,而煤炭通过直接液化制成的成品油成本是每桶25美元左右。因此,以煤炭液化生产的液体燃料和用水煤浆替代石油将是社会发展的必然趋势。煤炭本身并不是污染,而是由于没有得到合理的利用才产生了污染。煤炭是洁净、低廉的能源,在21世纪煤炭有着美好的发展前景。如果从这个意义上讲,未来,煤炭在我国国民经济中的地位将会更加重要。显而易见,一旦此项技术走向成熟,得到广泛使用,那么“绿色燃烧”时代也就指日可待了。   在《中国可持续能源发展战略》研究报告中,20多位院士一致认为,到未来几年煤炭在一次性能源生产和消费中将占60%左右;到2050年,煤炭所占比例不会低于50%。   可以预见,煤炭工业在国民经济中的基础地位,将是长期而且稳定的,具有不可替代性。   ◎国内地位   我国资源赋存的特点,决定了解决中国的能源问题必须以煤为主,因为我国缺油、少气、富煤。在全国已探明石化能源储量中,石油和天然气仅占6%,其余94%均是煤炭。2002年国内煤炭消费13亿吨,占国内一次能源消费量的66%。建国六十多年来,煤炭在一次能源消费构成中一直占70%以上。   ◎开采数据   我国人均常规能源可采储量远远低于世界平均水平,2000年人均石油剩余可采储量只有2.6吨,人均煤炭剩余可采储量为90吨,分别为世界平均值的11.1%和55.4%。煤炭在1 000米以下的保有储量约1万亿吨,其中探明可采储量1 145亿吨。按目前的生产和消费水平,可以开采使用100年以上;而石油可采储量仅仅只有38亿吨,可采年限只有20年;天然气总资源量为38万亿立方米,探明剩余可采储量可开采37年。   中国每创造1美元所消耗的能源,是美国的4.3倍,德国和法国的7.7倍,日本的11.5倍。我国消耗了全球31%、30%、27%和40%的原煤、铁矿石、钢材、水泥,创造出的GDP却不足全球的4%。   ◎发展状况   据统计,1989~2003年,原国有重点煤矿共生产146.2亿吨煤炭,占全国产量的80%,15年间除2003年获得微利外,其他年份全部都有亏损,累计亏损324.4亿元。从某种角度上来说,几百万煤矿工人流血流汗所创造出来的财富,在价值上等于没有得到社会的承认。这在煤矿企业中得不到重视,也是煤矿工人社会地位不高的其中一个原因。   1993年以后,国家逐步放开煤价,到2002年决定全部放开电煤价格,历时10年。这一时期电煤仍然执行的是政府指导价,煤炭价格实际上放而未开。即使是政府决定全部放开电煤价格后,重点合同电煤价格与市场煤价格的差距依然非常大,当年全国电煤平均价格比市场煤低40~70元。   2004年,全国煤电油运继续全面紧张,6月中旬国务院针对煤炭供需形势决定,“电价调整后,电煤价格不分重点合同内外,均由供需双方协商确定”,这表明了政府彻底放开电煤价格的决心。但是由于历史的惯性、部分地方政府的干预和发电企业集中采购的优势,目前真正意义上的相互协商确定煤炭价格的机制并没有形成,电煤与市场煤价格、计划内与计划外、省内与省外三种价格差距依然很大。   ◎财政投入   煤炭价格的扭曲,增加了国家财政负担。较低的煤炭价格使煤矿收益率低下,国家不得不投入巨资支持煤炭工业。据统计,1985~2003年中央财政动用500多亿元资金补贴煤矿亏损。1998年以来,中央和地方财政出资400多亿元用于国有煤矿关闭破产,预计将突破600亿元;每年出资46亿元,通过转移支付弥补国有煤矿养老金缺口,累计已经达到588亿元;出资59亿多元用于煤矿安全技术改造;2003~2004年中央财政出资近70亿元用于煤矿采煤沉陷区治理,预计今后国家还要拿出更多的资金来支持煤矿采煤沉陷区治理,这给国家财政造成了十分沉重的负担。   但我们也必须承认的是,煤炭工人的存在有经济上的合理性:首先,按比较收入计算,全国采矿业平均工资为13 682元,而农林牧渔业平均收入仅为6 969元,这一差额在农林牧渔业不发达的农村地区,足以吸引农村劳动力进入煤炭行业;其次,我国农村剩余劳动力约有1亿,除去进城务工人员,煤矿行业仍然是吸引农村剩余劳动力的主要行业。   ◎业务收益   在上市公司方面,兖州煤业受影响非常大,它的煤炭产量的35%作为出口,出口量占全国的15%,可影响公司业务收入3.2亿元,占4%。其他如山西焦化、西山煤电出口比例不高,受影响比较小。   2004年,煤炭出口的实际运行情况表明,煤炭出口明显受到出口退税政策调整、出口配额管理、铁路运输向内贸倾斜等方面的影响和制约。   知识窗   2004年,国家分三批累计发放煤炭出口配额8 000万吨,由于存在2003年煤炭出口配额的结转因素,当年全国实际可使用煤炭出口配额在8 820万吨左右。在国内煤炭出口减少的同时,由于内需强劲,2004年我国的煤炭进口呈现快速增长的趋势。据海关统计,2004年我国进口煤炭1 861万吨,比2003年全年增加786万吨,增长幅度达73%。2004年煤炭进口的增长主要表现在炼焦煤和无烟煤进口的增加。中国是仅次于澳大利亚的世界第二大煤炭出口国。2002年煤炭行业出口8 384万吨,收入25.3亿美元;2003年煤炭出口量达到9 400万吨,同比增长9%,占煤炭总产量5.57%。但是,2004年煤炭出口配额比去年实际出口量减少了15%,只有8 000万吨。我国是一个多煤少油的国家,已探明的煤炭储量占世里煤炭储量的33.8%,可采量位居世界第二,产量位居世界第一位,出口量仅次于澳大利亚而居于第二位。煤炭在我国一次性能源结构中处于绝对主要位置,20世纪50年代曾高达90%。随着大庆油田、渤海油田的发现和开发,一次性能源结构才有了一定程度的改变,但煤仍然占到70%以上。   目前世界已探明能源储量和可开采的年限,分别是石油储量10 195亿桶,可供开采40余年,高成本油田也只能开采240年;煤炭埋藏量10 316亿吨,可开采230年。200多年后,煤、油将被开采殆尽!   1.煤炭的未来将面临怎样的挑战?   2.煤炭能源将被什么能源所替代?   北宋时期对煤炭的利用(一)   ◎宋代传统燃料的危机   数千年乃至数十万年以来,木柴、木炭一直是人类的传统燃料,它们源于地球上的森林资源。树木虽可再植,但是却不为古人所重,并且人工植树也远远赶不上人类乱砍乱伐的速度。最初,当聚落周围平地林木被伐尽时,人们的砍伐便会推向远处或山谷;而当这种中程砍伐也成问题时,就只能进行跨地区的远程砍伐,甚至是到最边远的山区。我国到了宋代,森林资源更为减少。   有历史记载:“河朔、山东养蚕之利,逾于稼穑。村人寒月盗伐桑枝以为柴薪,为害甚大”。黄河流域的蚕桑事业自北宋以后开始衰落,看来同这种挖肉补疮的蠢事分不开。而这种伐桑枣为柴薪的现象在北宋开国之初就非常严重,因此,太祖建隆三年就有“禁民伐桑枣为薪”之诏,并且对犯此禁者惩处很重,《续资治通鉴长编》说:“祖宗时重盗剥桑柘之禁,枯者以尺计,积四十二尺为一功,三功以上抵死”。虽然朝廷量刑很重,但往往“每有败获,估赃不多,薄刑不足以戒。欲禁系以苦之,则惮于囚众”。显然,因为伐桑枣为薪的人实在太多,而有囚满为患的态势,所以官府才会有“惮于囚众”之惧。甚至军队中也出现了“辄入村落伐桑枣为薪”的现象。当时沈括曾为此而浩叹:“今齐、鲁间松林尽矣,渐至太行、京西、江南,松山太半皆童矣”。即使是最高统治者也感到了“伐材采木、山谷渐深,辇致劳苦”的艰难,而下诏“宜检约之”。森林资源的减少势必会影响到宋代燃料的使用。   后来,有人就干脆“岁伐桑、枣鬻而为薪”。桑、枣树作为柴薪也进入了市场,足见这一违禁现象不仅广泛,而且是公开化了。它不仅反映了北宋时北方地区传统燃料危机的严重,而且也导致了这一地区蚕桑事业的衰落,而不得不被后起的南方蚕桑业所代替。从“河北难得薪柴”的记载来看,河北路是北宋木柴危机最严重的地区。   而在南方,由于经济开发的时间要比北方晚得多,传统燃料的取给状况到宋代也要比北方好得多。只是到了北宋末期与南宋政权建立时,有些地方才出现了燃料危机问题。如:“今驻跸吴、越,山林之广,不足以供樵苏。虽佳花美竹,坟墓之松楸。岁月之间,尽成赤地。根枿之微。斫撅皆遍,芽蘖无复可生。思石炭之利而不可得”。这是宋高宗南逃时,长江三角洲地区燃料危机的景象,也不亚于北方地区。不但山林有伐尽之势,而且佳花、美竹、镇墓之树也被砍伐到了掘底刨根的地步,草木连再生的机会也丧失了。在这里,佳花、美竹的观赏价值,对于那些困于燃料危机绝境中的人来说,已远远不如将它们直接送入灶膛更有价值。而至于伐桑、枣为薪,樵采风景名胜区的林木又何足惜哉!   除了伐桑枣为薪之外,最使北宋政府感到头疼的还有一个问题,就是所谓先圣先贤的灵迹、庙祠以及历代帝王、功臣的陵墓区的林木不断被人樵采为薪。对此,北宋王朝屡有禁令。如宋太祖时有“先贤邱垅并禁樵采”之令。真宗时诏:“历代帝王陵寝申禁樵采,犯者所在官司并论其罪”。而像这样的禁令,仅据《续资治通鉴长编》统计,太祖时就有四个,真宗时又有十个。尽管政府一再三令五申,终不能禁止。熙宁十年时,“(唐太宗)昭陵,木已翦伐无遗。熙宁令:前代帝王陵寝并禁樵采”。因为人的生存不能缺少燃料,所以,宋人为了找到燃料,也就什么都顾及不到了。   北宋时期,开封的燃料十分紧缺,得不到缓解。大中祥符五年冬天,“民间乏炭,其价甚贵,每秤可及二百文。虽开封府不住条约,其如贩夫求利,唯务增长”。为了赈济寒冻之中的居民,“三司出炭四十万减半价鬻与贫民”。雪中见炭的市民们奋而挤购,最终造成了“拥并至有践死者”的惨重伤亡事件。此后几年,三司不得不仿常平仓之制,“于年支外,别计度五十万秤般载赴京,以备济民”。大中祥符八年,“三司以炭十万秤减价出卖以济贫民”,“自是畜藏薪、炭之家无以邀致厚利而小民获济焉”,开封的燃料紧缺问题似乎得到了缓解。   然而,好景不长,庆历四年正月,“京城积雪,民多冻馁,其令三司置场减价出米谷、薪炭以济之”。而嘉祐三年冬天至次年春,算是开封缺薪年代中最为可怕的一年。史载:“今自立春以来,阴寒雨雪,小民失业,坊市寂寥,寒冻之人,死损不少,薪炭、食物,其价倍增”;“自去年雨雪不止,民饥寒死道路甚众”;“有投井、投河,不死之人皆称因为贫寒,自求死所,今日有一妇女,冻死其夫,寻亦自缢,窃惟里巷之中,失所之人,何可胜数”。面对这触目惊心的惨像,仁宗皇帝也不得不节食减膳,以示“畏天忧民”之心,宋代年节中最为盛大、热闹的元宵灯会在这雪虐风饕,腥风惨惨之中也只好停止。元符元年冬,开封“市中石炭价高,冬寒细民不给。诏专委吴居厚措置出卖在京石炭”。在这场传统燃料的危机中,石炭给北宋后期开封的燃料使用确实带来了转机。南宋人庄绰说:“昔汴都数百万家,尽仰石炭”。不过,北宋一世,缺薪的阴影始终笼罩着开封。北宋末年,户部犹言:“严冬祈寒有足虑者”,“京邑之大,生齿繁众,薪、炭之用,民所甚急”。   以上是民间的情况,而官府手工业凭借着政治的保障,按理来说,不会存在缺薪的问题。可是,咸平六年,户部也不得不请示皇帝:“东、西窑务缺柴薪,乞置场收市”。然而,京城本来就缺柴薪,若官再收买,势必会加深这一危机。所以,真宗皇帝只得“令省司别作计度”而已。其后四年,也就“废东、西窑务,以薪蒸分给诸班直、诸军”。铁钱监方面,“嘉、邓以率买铁、炭为扰,自嘉祐四年停铸十年”。就铜钱监来说,“饶州官市薪炭不能给,鼓铸分于池州”。大概就是因为邓州木柴越来越少,这里的人才发明了烧巨竹成竹炭来炼铁,用竹柴顶替告缺的木柴。   正是因为木柴、木炭这一传统燃料短缺的危机,才为煤炭在宋代的深入发掘、广泛应用提供了时机和广阔的市场。因此,早在两汉时就已被我国用作炼铁燃料的煤炭,在长期未被重视以后,在宋代重展新姿。   ◎宋代手工业生产用煤   北京钢铁学院曾对出土的宋代生铁实物作过化验分析,鉴定为“生铁普遍含硫较高,一般较汉代高四至五倍,个别则有含硫高达1%。除个别的可能是用特殊的高硫矿而外,多数则可能是用煤冶炼”,是由于煤炭(不包含焦炭)自身含硫所导致的。科学鉴定已表明宋代的生铁大多是由煤炭炼成的。   在北宋的河东路(约当今日我国煤炭基地之一的山西省大部分地区,煤田遍布该省三分之二以上的县),仁宗时,因为西北用兵,曾经在该路晋、泽、石三州及威胜军等地就地利用铁、煤资源铸造大、小铁钱,以助陕西军费。民间也开始私铸,河东货币一时大乱。当时知泽州李昭遘说:“河东民烧石炭,家有橐冶之具,盗铸者莫可诘”。因为河东民间私铸铁钱也是用煤炭。当时知太原府韩绛说:“本路铁矿、石炭足以鼓铸公钱”。而且从李昭遘说的“民冒山险输矿炭、苦其役”的情况来看,铸钱的煤炭往往是以赋役形式取自老百姓。熙宁八年,神宗皇帝一次就诏令“河东铸钱七十万缗外,增铸小钱三十万缗”。可见此地煤、铁产量之多,所以才会造就了一批“以地寒民贫,仰石炭以生”的人。如果没有广泛的社会消费,河东是不可能出现这样一批以煤炭为生计的人的。河东铸钱是用煤炭,而炼铁及其他铁器制造业也离不开煤炭。在宋代许多谈及河东冶铁的文献中,每每是“铁、炭”并提;如“河东铁、炭最盛”,这就表明河东冶铁业已和煤炭结成了不解之缘。   熙宁八年,沈括察访河北,“至磁州锻坊,观炼铁,方识真钢”。这就是后来名满天下的“百炼钢”,其独特的锤炼工艺因沈括之记而名垂青史,这也是与磁、相二州地处我国重要煤田地带有关。很多年前,我国考古工作者就在原属于宋代相州治内的鹤壁市发掘了一个宋代的大型煤矿,矿井口直径二点五米,井深四十六米,其中较长的四条开凿巷道总长五百多米,井下还有完整的排水系统,开采规模与今天鹤壁市中新煤矿开采范围差不多。以古代的标准来衡量,开采规模之大、产量之多是可以预见的。   据《宋会要》天圣四年十月二十七日记载:“陕州西路转运使杜詹言:欲乞指挥磁、相等州所出石炭,今后除官中支卖外,许令民间任便收买贩易。从之。”可见,磁、相州煤炭的买卖权在天圣四年以前是由政府垄断的。此后,经人所请才允许民间收买贩易。如果没有一个较大的消费力量刺激,相州鹤壁古煤矿这样大的开采规模是不可能形成的。一定的生产规模是与一定的消费市场相对应的。这个消费刺激就来自于本区磁、相二州发达的冶铁手工业。磁、相二州是北宋的主要铁产地之一,相州是宋初的四大铁监之一,而紧连相州之磁州。这样小的地方生产出如此高产量的铁,恐怕只有利用本地便利的煤炭资源作为动力才能够办到。   关于磁、相州以煤炼铁的生产情况,从该地的造船业用煤情况中也能见其一斑。天圣六年(公元1028年),“京西转运使杨峤言,澶州浮桥用船四十九只……请自秦陇同州伐木,磁、相州取铁及石炭就本州造船。从之。”后来十年,即景祐四年(公元1037年),从“徙相州造船务于天雄军”的记载来看,景祐四年以前,磁、相州不仅已有造船手工业,而且有使用煤炭冶制船只所需的铁钉、铁锚、铁链等铁器。这说明木船制造业也是用煤炼制的铁器,因此,整个磁、相州最为发达的冶铁业、制造兵器的都作院(如前述磁州锻坊。相州都作院一次就能造箭33万枝。)必然要以煤炭作为生产资源,因为“河北难得薪柴”(见前)。邢州与磁州一样“铁与土半”,富有铁矿资源。   而如今河北重要的井陉煤矿正属于宋之真定府。它南隔赵州就是邢州,在这里,邢州的经济地理位置便一目了然:其上为产煤之真定府,其下又紧接磁、相二州的煤矿。对于富有铁矿资源的邢州冶铁手工业来说,正是上下交济、左右逢源的最佳的地理位置。就近取煤炼铁,不需要再往别处去考虑燃料供应。难怪邢州铁产年领要高磁州一筹。在“河北难得薪柴”的情况下,只有煤炭才能使这小小的地区在古代创造出这一高产的奇迹。   宋人朱弁在谈煤炭时曾说:“今西北处处有之”。北宋朝的西北就是指陕西路广大地区。元丰年间,沈括曾任职于陕西延安,关于这一地区的煤炭情况,他说:“造煤(煤在此指制墨用的烟灰)人盖未知石烟之利也,石炭烟亦大,墨人衣,予戏为延州诗云:二郎山下雪纷纷,旋卓穹庐学塞人。化尽素衣冬未老,石烟多似洛阳尘”。这段《梦溪笔谈》“石油”一节末尾的这几句与石油无关的话不为人注意,但也有将其石油混为一谈的;然而,这里所说的恰恰不是石油,而是石炭。沈括在这里借用洛阳道上的尘埃,来比喻延安朦胧的煤炭烟雾,并由这烟雾景象受到启发,想要利用煤炭烟尘来制墨,延安这一触目的煤烟景象也为当时其他诗人所注意。《鸡肋编》引一位无名诗人所说延州也有诗云:“沙堆套里三条路,石炭烟中两座城”。两座城在这浓浓煤烟云中若隐若现,类同于现代工矿厂区的烟雾,反映了这一地区用煤的普遍。单凭民用炊烟还难以形成如此浓烟景象,所以必然还有手工业的生产用煤。元丰五年,朝廷在赐给该地的“边事用度”中,就有“工四千人,生熟铁五万斤,牛马皮万张”。很显然,这是送来此地制造兵器的工匠和原材料。四千个工匠在这里起炉开工,造成上述诗中形容的煤烟云雾,那么,这样就可以完全理解了。   二十多年前,在陕西铜川市西南黄堡镇发现了宋代耀州瓷窑遗址,遗址的火膛及灰坑内都有煤块。考古界认为,耀瓷在北宋得到很大的发展,是同煤的使用密切相关,而铜川又是重要产煤区,为当时耀瓷的发展,解决了燃料问题。   ※宋代陶瓷   考古与文献已证明了北宋个别的陶、瓷业已用煤炭生产。关于陶、瓷业方面的生产对煤的利用,熙宁七年,《宋会要》还有这样记载:“勘会在京窑务,所有柴数于三年内取一年最多数增成六十万束,仍与石炭兼用”。柴与煤炭兼用,是开封官府窑务在北宋后期生产的燃料结构。开封窑务是专门生产砖瓦、缾缶之器以供朝廷的官府工业。北宋末年,又发展出了著名的五大瓷窑之一官窑。那么在其他的产煤、用煤区,如著名的磁州窑,共名满天下的“瓷器”,几乎取代了“瓷器”之名;河东路的霍窑、榆次窑等;五大名窑之一的定窑就紧连产煤区真定府之东侧。徐州冶铁业依赖于白土镇煤炭的发现,才摆脱了木柴危机而获得新生,同在白土镇而以其白瓷而名重一方的萧窑,“凡三十余窑,陶匠数百”,他们的兴衰命运大概也与徐州冶铁业差不多。   知识窗   我国大概从两汉时期就已经知道了以煤作为燃料。从古文献方面说,《水经注》引《释氏两域记》说:“屈茨北二百里有山,夜则火光,昼日但烟,人取此山石炭,冶此山铁”(石炭即煤炭)。《后汉书》刘昭注引《豫章记》曰:“县有葛乡,有石炭二顷,可燃以爨”。在河南古荥镇冶铁遗址中发掘,在两汉时,“发现有一座窑的火池中发现煤渣和煤饼,可能用煤作燃料”。在河南两汉冶铁遗址中也发现了原煤块、煤饼、煤渣。《豫章记》为南朝刘宋人雷次宗所撰。《释氏西域记》则是据梁启超、岑仲勉考证为东晋释道安所著。若仅以上述两书的成书年代来计,则我国至迟在两晋、南北朝初期就已有了以煤炼铁和炊事的明确记载。可是,在此之后直至宋代的这数百年里,有关我国用煤的文献记载一直都非常少。至于考古研究方面,则除了发现两汉冶铁用煤的遗址外,从两汉以后到宋以前这段时期中都没有发现其他与煤炭有关的遗迹。当然,利用考古和古文献,将来我们肯定还会发现一些此时期、或是更早一些时期我国用煤的情况。但是,我们说宋代已是我国广泛应用煤炭的时代则是没有疑问的。   1.宋代燃料出现了什么危机?   2.宋代手工业用煤情况如何?   北宋时期对煤炭的利用(二)   ◎宋代矿业开发与燃料   宋代是中国古代冶金手工业飞速发展的一个黄金时期,在元丰元年,它的铜产量高达14 605 969斤,几乎是唐代开元十五年铜产数的五十五倍。宋代的货币铸造额非常高,也是中国封建社会独一无二的。“国朝初,乎江南,岁铸钱七万贯,自后稍增广,至天圣中,岁铸一百余万贯,庆历间至三百万贯;熙宁六年以后,岁铸铜、铁钱六百余万贯”。这样高的铸币额前朝没有,其后也没有哪一个朝代能出其右。铁产量,在治平年间达到了宋代的最高额,年产8 241 001斤,几乎是唐开元十五年的四倍。这个产量,在今天看来确实微不足道,但在手工操作的古代农业社会却是非常可观的。   宋代也是中国制瓷业大放异彩的时代,经过唐代奠基的瓷器生产,在宋朝的时候,制瓷业达到了炉火纯青之境,瓷窑遍布全国,其品种、产量及工艺都远远超越了唐代。各类精粗瓷器不仅能够满足国内的需要,而且还大量运销海外,使瓷器在继古代丝绸出口之后,一跃成为大宗出口商品。宋人也说当时外贸商船“货多陶器”。   值得注意的是,不论是冶金手工业的迅速发展,还是制瓷业的大迈步前进,都与燃料息息相关。没有燃料,这些行业都会一无所成。在煤被普遍使用以前,冶金和制瓷手工业所消耗的燃料是传统能源木柴和木炭。“古代每炼一吨生铁耗用木炭可能要四、五吨左右或更多些”。还有人估计要耗七吨木炭。这里暂且取其二者之中数,以炼一吨铁耗木炭六吨计,假定治平年间的生铁全以木炭来炼,那么,一年炼生铁(八百多万斤)将约耗十二万多立方米的木材(换算中的重量是根据吴承洛《中国度量衡史》中宋代一斤等于59682克的比例来计的)。耗去这么多的木材所得到的生铁还仅仅是初级产品,要把它们加工成各种器皿用具、武器、农具、铸币或炼钢,这种再熔炼,又将烧掉多少木炭。不言而喻,铜器和铜铸币的生产也是如此。而根据明代炼铜,“大率一箩可得铜一斤,以每秤铜一料用矿二百五十箩、炭七百担、柴一千七百段”比例估算,炼铜消耗燃料数倍于炼铁。此外,陶瓷业、煮盐业、酿酒业、铅、锡、金、银、矾矿冶业以及人们日常生活用能与各种木器的制作、建筑用材、毁林开荒等等,一年耗用木材将以千百万立方米计。如果从五十万年前北京猿人学会用火算起,累计到宋代,所耗费的木材数将是一个天文数字,而这是以砍伐森林资源为背景的,宋代,林木资源寥寥可数,而生产、生活所需能源紧缺,最终形成了上述的传统燃料危机。重新估价和广泛开发、应用煤炭能源也就自然而然地落在宋人身上。而我国煤炭资源蕴藏丰富,为煤炭的广泛采用提供了有利条件。在煤田不易发现的地方,人们也会找到别的木柴代用品。如“蜀又有竹炭,烧巨竹为之,易燃无烟耐久,亦奇物。邛州出铁,烹炼利于竹炭,皆用牛车载以入城”。这是南宋初年陆放翁的见闻,可见北宋时人们已经开始用竹炭了。   ※武器在寻找新的燃料能源的同时,宋人也开始注意到了节约能源的意义。在京畿路造酒业中,就有人发明了一种新型节能灶,曰连三灶。史称:“畿内酒坊等处连三灶,岁省柴四十余万斤,推之陈留一县,省三十二万斤,约诸州岁省柴钱十六万缗”,可见这一新型节能灶的发明与推广,确实节约了很多的燃料。仅陈留一县,一年便可省32万斤柴,数目非常可观。   就像下文要说到的那样,宋代矿冶手工业的发展,必然要促进煤炭的广泛使用;而煤炭的广泛应用,又大大地推动了宋代矿冶业的发展。对此,宋人苏轼的《石炭诗》作了最好的说明。原诗解题云:彭城旧无石炭。   元丰元年十二月,始遣人访获于州之西南白土镇之北,以冶铁作兵,犀利胜常云:   君不见前年雨雪行人断,城中居民风裂肝。   湿薪半束抱衾裯,日暮敲门无处换。   岂料山中有遗宝,磊落如磬万车炭。   流膏迸液无人知,阵阵腥风自吹散。   根苗一发浩无际,万人鼓舞千人看。   投泥泼水愈光明,烁玉流金见精悍。   南山栗林渐可息,北山顽鑛何劳锻。   为君铸作百炼刀,要斩长鲸为万段。   这首诗揭示了北宋冶铁手工业与煤炭的相互依存关系。徐州是北宋重要的产铁地之一,“自古为铁官商贾所聚”,“地既产精铁,而民皆善锻”。但木柴燃料的危机,使它也未能幸免。后苏轼派人在本州白土镇找到了煤,才给徐州恢复了生机,带来“根苗一发浩无际,万人鼓舞千人看”的欣欣景象,给冶铁业开创出了一个“烁玉流金见精悍”的崭新局面。造出的兵器也比以往锋利。由于有了煤炭,此后几年,徐州岁制的诸般兵器、上供简铁“数目浩瀚”,而且新“置徐州宝丰监,岁铸钱三十万缗”。煤炭确实把徐州的铁冶技术和生产能力推上了一个新的高度。   ◎宋代时空坐标上的煤炭分布点   宋朝不是一个尚于理财的王朝,而是一个精于发财的政府。大凡商品不论巨细皆有“住”、“过”之税。政府尚还利用禁榷手段,将赢利厚大的商品纳入官卖,独专其利。有关宋代煤炭的古文献中,讲煤炭税及官卖的材料相对要多于讲煤炭生产方面的材料。关于这种情况,一方面说明宋代煤炭不仅作为商品进入流通,而且流通量不小,利润非常高,否则官府决不屑于一顾而官卖。另一方面,靠着这些税收与官卖的记录,使我们对北宋煤炭的生产与使用情况得以从时间和空间上找出个大概的轮廓。   河北西路磁、相州的情况,见于所引考古成果及《宋会要》材料。这里有鹤壁大型古煤矿遗址,煤产量高,利润也很大,朝廷采取专卖形式经营。天圣四年(公元1026年)后,才开始允许民间私人插手煤炭买卖。看来煤炭生产及其进入流通,也是从北宋早期就开始。   而河东路,大中祥符二年(公元1009年)十月诏:“如闻并州民鬻石炭者,每驮抽税十斤,自今除之。”此距北宋开国不过五十年,太原地区已经有了煤炭税的历史,大中祥符二年才下诏免除。可是不久之后,陈尧佐又“奏除其税”。陈尧佐调知河东并州的时间是天圣三年(公元1025年)至天圣五年。那就是说在大中祥符二年免除并州煤炭税之后的十六年里,太原地区煤税很快就又恢复了,所以才有陈尧佐再奏免之举。另外,根据庆历元年,张亢在河东最西北边的府州焦山利用“石炭穴,为筑东胜堡”以拒西夏兵一事来看,府州(治所在今陕西最东北的府谷县)也是河东路的煤炭生产地。石炭穴就是开采煤炭的矿井或矿区。于是,见于明确记载的河东产煤区就有太原府、府州以及前文说到的晋、泽、石三州和威胜军。从历史地图上看,从河东路之最北一直到晋中、晋南的广大地区上都有北宋的产煤地。当然,实际情形可能还远不止于此,史书上提到这里的煤炭时,也常常是用“河东”这个泛称来说。   从相州往南,越过卫州就是河北西路最南端的怀州,今日河南省的焦作煤矿就在此地,它与前述磁、相州的煤矿处于一个煤田区内,这一煤区的煤炭在北宋已经被开发利用了。神宗熙宁元年有诏说:“石炭自怀至京,不征”。大概是说开封燃料短缺,所以,以免税来刺激商人们由怀州往汴京贩运煤炭。这道诏令不仅反映了怀州到开封的煤炭税情况,而且也说明了怀州就是开封煤炭消费的供应地。前文说到的汴京窑务柴与石炭兼用,石炭就是来自怀州。史书记载:“其石炭自于怀州九鼎渡武德县收市”。另外,元符元年,“京西排岸司言:西河石炭纲有欠,请依西河柴炭纲欠法。从之”。   《文献通考》所说的宋东京之制,“永济、永富二仓,受怀、孟等州所运,谓之西河”,西河石炭纲应当来自于怀州、孟州(治所在今河南孟县,它与焦作市同属今新乡地区)。但是,据当时都大巡护惠民河王克基言:“惠民、京、索河水浅小,缘出源西京、郑、许州界”,“京、索河下合西河、湖河”等。这里还有一条具体的西河,它上接京、索二河。《中国历史地图集》第六册没有收入此西河,而所标京、索二水也太短,仅在郑州境内。京、索二水似乎还应当由郑州向南延伸进许州(元丰后称颖昌府)境,然后在西河汇合。而今天河南平顶山煤矿就在这里,它的北面、东面及南,几乎为许州(颖昌府)所围。   今天河南省的煤炭储量高于全国其他各省区,煤田就是分布在京广铁路以西,北起鹤壁、焦作,南到平项山的这一地区内。现在,再回到河北西路最北端的真定府来看,明道元年(公元1032年)废真定府石炭务一事说明公元1032年以前,这里的煤炭也是由政府垄断专卖的。具有政府专卖价值的商品,往往是那些生产与消费量比较大的产品。由此看来,真定府的煤产量也不少。综合上述河北西路的情况,可以看出地处华北煤田区的河北西路,从其最北端的真定府到最南界的怀州,这一广大地区的煤田从北宋前期就已经被开发利用。   陕西各路煤炭税也不同,天圣六年(公元1028年),陕府西路转运司杜詹奏请本路近边各地商税,请就近直接送纳附近州军作军费,其中有关煤炭税的记载是:“邠州永昌、韩村、秦店、左胜、洪河、龙安庄、曹公庄、房陵村、李村买扑石炭,定平县张村、陵头村等务并赴宁州”。这些村、镇,大概是因为非常偏僻,煤炭税零散,税务官员又不愿意前去,所以朝廷就以买朴这种商人包税的形式来收取此方煤炭税。值得注意的是,邠州也是北宋的产铁之地,铁器非常有名,共中火筋、剪刀被列为上供之品。综合前述的延安以及耀瓷煤炭取给地的铜川煤矿,我们可以发现,北宋陕西路这些地区的用煤基本上与今陕西省煤田分布于本省北部及渭水以北的情况相一致,像铜川地区也是今日陕西省的主要煤炭基地。   整个北宋的煤炭税及煤炭官卖,虽然有时会有废免,但总的趋势是有增无减。尤其自徽宗崇宁以来,“沿汴州县创增镇栅以牟税利。官卖石炭增二十余场,而天下市易务,炭皆官自卖”。这说明不仅沿汴河地区增加了煤税征收点及新增二十多个官卖煤炭场,而且“天下市易务,炭皆官自卖”,官卖石炭遍及全国。这一情况,一方面暴露了统治阶级横征暴敛的贪婪本质;另一方面也说明了北宋晚期,煤的消费量也在急剧上升,统治者才会感到此中有利可图。重和二年(公元1119年)八月十八日,吏部在“选人任在京窠缺”的官位时,提及“河南第一至第十石炭场,河北第一至第十石炭场,京西软炭场、抽买石炭场、丰济石炭场、京城新置炭场”这样一些官卖煤炭场的情况。根据吏部使在派选京城官员,以及《东京梦华录》在记述开封仓储库房时也谈及“河南北十炭场”的情形来看,上述二十多个官卖煤炭场的分布,应当是在开封或京畿地区。这说明在北宋后期,开封已经成为当时民用煤炭的最大消费区。前面说到的“沿汴州县创增镇栅以牟税利、官卖石炭,增卖二十余场”,就是与开封的煤炭消费有关。所以,南宋人说:“昔汴都数百万家,尽仰石炭,无一家然薪者”。这里的“无一家然薪者”虽属夸张之词,然北宋后期的开封确有“尽仰石炭”的情况。   而朝廷从煤炭税及官卖煤炭中图利的结果必然会影响到广大煤炭消费者的利益。还在哲宗元符年间,民间就已有了“近官鬻石炭,市直遽增,皆不便民”的反映。当时哲宗时朝的煤炭官卖及炭税,都远不及以后的“崇宁以来”的徽宗时期恶劣而尚且还如此扰民。那么,到了徽宗时代,情况就非常恶劣了。尽管元符三年(公元1100年),宋廷曾作过委婉解释和动听承诺:“石炭自近年官中收买,置场出卖,后来在市价转增高,实于细民不便。诏罢平准务,仍今后更不官买石炭出卖”。但是从这一解释中,我们还是不难看出煤炭官卖的低价进高价出的掠夺本质。至于“今后更不官买石炭出卖”的许诺,不到两年,就为所谓“崇宁以来”的事实所拆穿,只是一句无法兑现的空话而已。   “石炭自本朝河北、山东、陕西方出,遂及京师。陈尧佐漕河东时,始除其税。元丰元年,徐州始发,东坡做诗记其事”文这是南宋人朱翌对北宋煤炭使用情况的总体概括,它与本文所论述的整个情况基本相似。整个北宋时期,产煤与用煤的地区基本是在我国秦岭、淮河以北的一些主要煤田分布区内。煤炭不仅作为当时的民用燃料,而且主要是作为手工业燃料来使用的。   以煤为燃料的手工业有:冶铁业、铁货币铸造业、兵器制造业、陶瓷业以及造船业等。而其中以冶铁业方面用煤最为广泛,并且产煤用煤之地也往往是北宋的重要产铁地。而南方地区,前述的高宗南逃时江南地区仍是“思石炭之利而不可得”的局面,在北宋时期,煤在南方还未像在北方那样得到广泛使用。当时北宋全国燃料的使用状况正如陆游所概括的那样,也就是“北方多石炭,南方多木炭,而蜀又有竹炭”。这就是北宋南北方燃料使用的不同结构与特点。   知识窗   单一的煤焦油沥青防腐漆耐水性优良、价格低廉、可厚膜涂装,与没有充分除锈的钢铁表面易于融合,长期暴晒之后,含有的挥发分会逸出而导致龟裂。热固性树脂改性的煤焦油涂料具有优异的附着力,可以配成较高硬度和柔韧性范围较大的涂料,干膜厚度可达0.2~1.3毫米,同时具有非常好的耐磨损性和抗冲击性。聚合物改性的煤焦油涂料需要专用的面漆,目的是为了防止分层和克服一些其他涂膜的缺陷。加入颜料,如铁红,可制成深红色。但其他改进颜色方法都还不算非常成功。在这种涂料中,常加入铝粉颜料。煤焦油涂料若采用一道涂覆工艺是难以避免针孔和缺陷的,因此,一般需要采用多道工艺。未经树脂改性的煤焦油涂料不能用于户外,因为阳光会使面层硬化、开裂、收缩。   1.北宋时期是怎样开采煤炭的?   2.北宋时期开采煤炭的先进工具是什么呢?   3.如果把你放到北宋,你能够生存吗?

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