煤炭,被誉为黑色的金子、工业的食粮,自第一次工业革命以来,煤炭就开始成为人类使用最多的能源,尽管在20世纪煤炭的地位被号称“工业之血”的石油取代,但仍然是人类的生产生活中不可或缺的重要能源。甚至还有一处,与遍布五大湖流域的铁矿资源一起,助力南北战争后满目疮痍的美国迅速推进工业化,支撑了美国的强势崛起,这处煤矿就是世界第一大煤矿——阿拉巴契亚煤田。
世界各国煤炭储量前十排名
煤炭是地球上蕴藏量最大,分布地域最广的化石能源,在世界各大洲及一些大洋岛屿都有分布,但各地的储量却很不均衡。根据《BP世界能源统计年鉴2021》的数据显示,美国煤炭探明储量为2489.41亿吨,约占全球探明储量的23.2%,居世界第一位;得益于新发现的一批煤矿,中国以2078.85亿吨紧随其后;之后俄罗斯以1621.66亿吨的已探明储量位列第三,不过,按照俄罗斯自然资源部的评估数据,其煤矿储量达2754亿吨,高居世界第一。
之后是“坐在矿车上”的澳大利亚以1502亿吨的探明储量位列第四,印度则是以1059亿吨的探明储量位列第五,后面进入前十名的还有德国、印度尼西亚、乌克兰、波兰和哈萨克斯坦。当然这些数据均来自《年鉴2021》,由于不同机构统计的参考值存在差异,排名也会出现调换,比如蒙古国公布的煤炭储量是1620亿吨,但无论如何排名,公认煤炭储量最多的国家就是美国,而支撑美国位列第一的就是阿巴拉契亚煤田。
开采了两百多年的世界第一大煤田
阿巴拉契亚煤田位于美国的阿巴拉契亚高地,并不是孤立的一处煤矿,而是一条煤炭带,遍布在美国东部的9个州,从宾夕法尼亚州以东北—西南向延伸到亚拉巴马州和佐治亚州,长度达1200~1250公里(相当于北京至南昌的直线距离),宽50~300公里,煤层厚度达500~900米,含煤面积18万平方公里,与中国广东省(17.97万平方公里)面积相当,煤炭探明储量高达3168亿吨。
根据变质程度由高到低,煤炭主要分为无烟煤、烟煤、次烟煤和褐煤四大类。阿巴拉契亚煤田的可开采量约2526亿吨,且煤类齐全,其中低热值的褐煤仅占0.7%,主要部分在南部的亚拉巴马州;而高热值的烟煤占到了92.5%,为全美烟煤总储量的35%,以炼焦煤为主;无烟煤占比虽然仅有6.8%,却几乎集中了美国全部的无烟煤,为全美总储量的95.6%。
阿巴拉契亚煤田的含煤地层属石炭纪近海型煤系,500~900米的煤层厚度,主要由砂泥岩、石灰岩和煤层组成,其中含煤达23~42层,每层厚1~3米,且煤层稳定。这得益于阿巴拉契亚煤田地质上呈东北—西南向延展的复式向斜构造,其内部的背斜和向斜两翼呈缓倾斜状,特别是北部的地层接近水平,只在4°左右。
这也使得阿巴拉契亚煤田埋藏浅,露天开采的规模占到了总开采量的50%,即便是地下开采,矿井的平均采深也仅有70米,再加上平缓的向斜构造的作用,煤层顶板坚硬,断层少,瓦斯含量低,不但采矿安全性高,更利于采用机械化采煤技术进行高效生产,所以阿巴拉契亚煤田的生产效率长期保持世界领先。
其实写到这里,很多人不免怀疑,如果阿拉巴契亚煤田的煤炭储量真的高达3168亿吨,那么为为何美国如今的煤炭储量只有2489.41亿吨呢?事实是阿拉巴契亚煤田早在1750年就开始产煤了,而美国直到1776年才独立建国,1918年时阿巴拉契亚煤田的年产量就达到了4.6亿吨,在上世纪的大发展时期,其产量一度飙升到了年产10亿吨。如今由于环保等因素产量下降,但年产依然保持在3.5亿吨。
阿巴拉契亚煤田成就美国五大湖工业区
要知道中国最大的煤田—大同煤田,作为国内最大的优质动力煤供应基地,储煤面积也有1828平方公里,煤层厚度达18.7~24米,煤炭探明储量为35Gt,已经是世所罕见。但相比阿拉巴契亚煤田316.8GT的资源总量,却是小巫见大巫,足足是大同煤田的9倍,可想而知,阿拉巴契亚煤田的天文价值。
同时阿巴拉契亚煤田盛产的烟煤属于优质的炼焦煤,灰分少,不需要清洗杂质,加工的成本很低。煤炭的能量来自于碳和氢燃烧过程中产生的热量,在构成煤炭有机质的元素中,碳、氢、氧占到了95%以上,其余为氮、硫、磷、氟、氯和砷等元素,煤化程度越深,碳的含量越高,氢和氧的含量越低,煤炭燃烧时,氮不产生热量,在高温下转变成氮氧化合物和氨,以游离状态析出。
而硫、磷、氟、氯和砷等则是煤炭中的有害成分,尤其是硫。煤炭燃烧时绝大部分的硫被氧化成二氧化硫(SO2),随烟气排放,污染大气,危害动、植物生长及人类健康,腐蚀金属设备;当含硫多的煤用于冶金炼焦时,还影响焦炭和钢铁的质量。所以,“硫分”含量是评价煤质的重要指标之一。而阿巴拉契亚煤田属于石炭纪煤田,是煤化程度很高的煤种,热力值高,含硫量还比较低。
再加上阿巴拉契亚煤田所在位置优越,交通方便,靠近美国的钢铁等工业区,所以很早就成为了美国最主要的炼焦煤和出口煤基地,并在20世纪初已成为世界最大的煤炭基地,同时在采煤的基础上,当地逐步形成拥有煤炭、电力、钢铁、机械、汽车、化工等产业的五大湖工业区,有力的推进了美国工业化的进程,支撑了美国的崛起。
我们常说,美国多石油,中国多煤炭。其实这是个谬论,美国多石油不假,已探明石油储量471亿桶,占到了全球的3.3%,远高于我国的256亿桶,但美国也多煤炭,在阿拉巴契亚煤田的加持下,煤炭储量妥妥的世界第一。要说不足,也就是煤种不如中国齐全,除了阿巴拉契亚煤田的高质煤外,其他煤田多以以低、中煤级的煤为主,能够作为优质动力煤的无烟煤也很少。
这就是阿巴拉契亚煤田,为20世纪美国的崛起提供了蓬勃动力,成为美国发展的“国之龙脉”。
上期回顾:煤炭:山西120米厚的煤层至少需要2440米的植物遗骸堆积,你信吗?
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