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——阿巴拉契亚煤田。
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,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,如果阿巴拉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?事实是阿巴拉契亚煤田早在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,随烟放,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。其实这是不对的,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,在阿巴拉契亚煤田的加持下,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,成为美国超越英国,登顶超级大国的重要能源。
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?