世界煤炭工业发展综论

贺佑国,刘文革,李艳强

(应急管理部信息研究院，北京市朝阳区，100029)

1 煤炭在一次能源中的地位

1.1 煤炭仍是一次能源的重要组成部分

从生产端看，世界煤炭产量由1990年的4 764.3 Mt增加到2019年的8 129.4 Mt，年均增长1.86%；在一次能源生产中的占比由28.5%略增至28.7%，基本保持稳定；我国的占比从1990年的78.8%降低到56.3%，仍在50%以上。从消费端看，世界煤炭消费量由1990年的4 455.9 Mt增加到2019年的7 545.7 Mt，年均增长1.83%；在一次能源消费中占比由27.2%降至27.0%，降幅仅0.2个百分点；2019年印度、南非、波兰、哈萨克斯坦、越南等5个国家煤炭在一次能源消费构成中的占比在45%以上；我国的占比为57.7%。

1.2 国外产煤国家在世界煤炭生产和消费增量中的占比较小

1990-2019年，国外产煤国家煤炭产量由3 001.6 Mt增加到3 975.8 Mt，增长974.2 Mt，占世界煤炭生产增量的29.0%；其中，印尼、印度、澳大利亚等3国合计增长1 426 Mt，美国、德国、波兰和英国等4国合计减少780.8 Mt。同期，国外产煤国家煤炭消费由2 648.1 Mt增加到3 095.3 Mt，增长447.2 Mt，占世界煤炭消费增量的13.4%；其中，印度、印尼、韩国、越南、日本等5国合计增加1 115.9 Mt，美国、俄罗斯、德国、英国、波兰等5国合计减少904.4 Mt。

1.3 我国是世界煤炭生产和消费增加的主要来源

我国煤炭产量由1990年的1 079.9 Mt增加到2019年的3 850.0 Mt，增加了2 770.1 Mt,占世界煤炭生产增量的81%，约为国外产煤国家煤炭生产增量的2.8倍；煤炭消费量由1990年的1 055.4 Mt增加到2019年的3 903.8 Mt，增加了2 848.4 Mt，占世界煤炭消费增量的92.2%，约为国外产煤国家煤炭消费增量的26.6倍,如图1所示。

2 煤炭消费情况分析

国外煤炭的主要用途是发电，随着《巴黎协定》签署，许多国家以可再生能源替代火电，推动转型清洁能源成为新的发展趋势，英国决定在2025年前关闭所有煤电设施，德国计划在2038 年前关闭现有燃煤发电厂等。根据近30年国外产煤国家煤炭消费量及其在一次能源消费构成中占比的变化，国外产煤国家可以分为3类，如表1所示。

图1 1990年和2019年世界、国外17国和中国的煤炭消费量与分别占其一次能源消费量比重的变化

表1 国外17国煤炭消费的变化与分类

2.1 煤炭消费量和一次能源消费占比“双下降”的国家

这类国家以美国、英国、德国等欧美国家为主，调整能源结构、推动煤矿退出，完成了石油天然气替代煤炭的过程，已经完成或正在开展可再生能源替代煤炭的工作。美国和英国1990-2019年的一次能源消费构成如图2和图3所示，美国因天然气价格低廉，开始推进燃煤发电向天然气发电的转化，降低了煤炭消费，煤炭消费量由918.7 Mt减少到634.8 Mt、煤炭消费占比由22.7%下降到11.3%；英国一次能源消费原以石油和煤炭为主，由于大幅增加天然气用量，以及风能、太阳能等可再生能源的开发，使煤炭在能源消费结构中的占比迅速下降，而且2016年可再生能源在一次能源消费结构中的比重首次超过了煤炭和核能的占比，煤炭消费量由130.0 Mt减少到15.3 Mt、煤炭消费占比由30.19%下降到3.30%。

图2 1990-2019年美国一次能源消费构成变化

图3 1990-2019年英国一次能源消费构成变化

2.2 煤炭消费量和一次能源消费占比“双上升”的国家

这类国家以日本、印尼、越南等亚太国家为主，经济发展对煤炭依赖性较强，可再生能源的替代没有跟上，在核能等能源遇到问题时需要增加煤炭消费。日本1990-2019年的一次能源消费构成如图4所示，煤炭消费量由156.2 Mt增加到234.5 Mt，煤炭占比由20.7%提高到28.1%。

图4 1990-2019年日本一次能源消费构成变化

2.3 煤炭消费量上升、一次能源消费占比下降的国家

这类国家如澳大利亚、印度等国，主要依靠天然气和可再生能源替代部分煤炭的消费；印度煤炭消费在一次能源消费量中的占比只下降了1个百分点，澳大利亚和南非正在增加可再生能源的使用。澳大利亚1990-2019年的一次能源消费构成如图5所示，煤炭消费量由76.5 Mt增加到85.2 Mt，煤炭占比由43.7%下降到28.4%。

3 煤炭生产开发特征

3.1 国外产煤国家煤炭生产以露天煤矿为主

2018年国外主要国家与中国煤炭总产量及其井工煤矿与露天煤矿产量如图6所示，国外优先发展露天煤矿，2018年国外产煤国家煤炭产量3 975.8 Mt,其中露天煤矿产量3 224.0 Mt，约占全部煤炭产量的81.1%；而井工煤矿产量仅749.0 Mt，不足露天煤矿产量的1/4。2018年国外产煤国家煤炭产量、构成及露天矿占比如图7所示。2018年,14个产煤国家的露天煤矿产量占比在50%以上，其中，印度、印尼、德国、蒙古国、土耳其、加拿大和英国等7个国家露天矿产量占比在90%以上；澳大利亚、俄罗斯和哥伦比亚等3个国家露天矿煤炭产量占比在70%～90%之间；美国、南非、哈萨克斯坦和越南等4个国家露天矿煤炭产量占比在50%～70%之间。同期，我国煤炭产量3 680.0 Mt，其中井工煤矿产量3 010.0 Mt，是国外井工煤矿产量的4倍，约占全国煤炭产量的81.8%；露天矿煤炭产量670.0 Mt，仅为国外露天煤矿产量的1/5。

图5 1990-2019年澳大利亚一次能源消费构成变化

图6 2018年国外主要国家与中国煤炭总产量及其井工煤矿与露天煤矿产量

图7 2018年国外产煤国家煤炭产量、构成及露天矿占比

3.2 国外产煤国家井工煤矿开采退出趋势明显

英国煤炭资源经过100多年的开采，资源开发逐渐进入深部区域，经济可采的资源濒临枯竭，井工开采成本增加，企业经营压力增大，大量井工煤矿关闭，1990-2018年间英国井工煤矿产量占比由79%降至1%，目前井工煤矿产量仅有0.025 Mt/a。德国井工煤矿长期以来依靠政府补贴才能实现经济开采，随着2018年相关补贴终止，最后2个井工煤矿于2018年底关闭，结束了德国长达数百年的井工煤矿开采历史。美国自1990年以来，井工煤矿产量和数量降速均明显高于露天煤矿降速；井工煤矿产量由385.14 Mt降至249.80 Mt，降幅35.1%；露天煤矿产量由548.42 Mt降至436.18 Mt，降幅20.5%；井工煤矿数量由1993年的1 196处降至2018年的236处，降幅80.3%；露天煤矿数量由1 279处降至430处，降幅66.4%。澳大利亚近30年煤炭产量保持增长，但增量主要来自露天煤矿，井工煤矿产量虽有增加，但井工煤矿数量由68处减至27处，降幅60.2%。我国囿于煤炭资源赋存特征和行业长期发展的惯性，井工开采仍处于主导地位，2019年井工煤矿数量和产量仍分别约占总量的92.6%和81.8%。

3.3 国外产煤国家和我国加大煤矿区环境治理力度和清洁燃煤发电

国外产煤国家从煤矿区环境和煤炭利用两方面保证了煤炭与环境和谐发展。美国、澳大利亚等主要产煤国先后于20世纪60年代末和70年代初出台了一系列适合本国国情的、关于煤矿区环境治理的法律法规，主要可以归为四大类，即基本环境保护法、单项介质环境保护法、矿业法和专项矿山环境保护法，基本上形成了一套从联邦到州(省)的完整体系，立法较为详尽、明确，可操作性强，要求开采企业将采后地区恢复到土地生态原貌。日本、韩国、印度、美国等主要煤炭消费国制定了关于煤炭利用方面有害空气污染物、水污染物、固体废物等污染物排放标准，日本将煤炭利用的环保政策纳入总体环保政策体系进行管理，对燃煤企业提出强制性排放限值。

我国关于煤矿区环境治理的规定散见于有关采矿与环境保护的法律法规中，缺乏专门的立法；在煤炭清洁利用方面，2011年我国颁布了最为严格的《火电厂大气污染物排放标准》，2019年底我国达到超低排放限值煤电机组达到8.9亿kW，已建成全球最大清洁煤电供应体系。

4 煤矿安全生产

近30年来，世界各主要产煤国家的煤矿安全生产总体形势持续向好。从煤矿安全生产主要指标成效来看，当前世界主要采煤国家可分为4个梯队：第1梯队是澳大利亚、加拿大、英国、德国，煤矿安全生产状况属于世界领先水平，百万吨死亡率在0.01以下，千人死亡率低于0.05，部分年份已实现“零死亡”，煤矿安全生产工作已转向职业健康保障。第2梯队是美国、南非，煤矿安全生产状况属于世界先进水平，事故死亡人数已达到或接近个位数，百万吨死亡率在0.03左右，千人死亡率在0.10～0.15之间，正在向着“零死亡”目标迈进。第3梯队是俄罗斯、印度、波兰、中国，煤矿安全生产状况属于较高水平，煤矿安全生产形势在波动中逐步趋于稳定下降，事故死亡人数仍维持在两位数，较大及以上事故仍时有发生，煤矿百万吨死亡率在0.03～0.10之间，千人死亡率在0.15左右。第4梯队为乌克兰、土耳其、哈萨克斯坦、哥伦比亚等国家，煤矿百万吨死亡率在0.10以上，重特大事故时有发生，如表2所示。

表2 2018年世界主要产煤国家煤矿安全生产相关指标

4.1 我国煤矿安全生产已达世界较高水平

近30年来，我国煤矿安全生产取得举世瞩目的成效，实现由事故多发频发向安全生产形势总体稳定的历史性跨越。2019年我国发生煤矿事故170起，死亡316人，死亡人数与最高峰值7 016人相比，下降95.5%，重特大事故由最多时的108起、死亡2 148人，减少到3起、死亡52人，分别下降97.2%、97.6%，如图8所示。

图8 1990-2019年我国煤矿安全生产主要指标变化情况

尽管从煤矿事故起数和死亡人数来看，我国与世界产煤发达国家相比仍有一定差距，但综合行业体量、产能、矿井数量、从业人员数量素质、井工露天开采比、煤层赋存条件、机械化程度、管理体制机制等多种因素，我国煤矿安全治理取得这样的成绩实属不易，煤矿安全生产已经处于世界较高水平，如图9所示。

图9 1990-2019年世界主要产煤国家煤矿百万吨死亡率变化趋势

4.2 我国煤矿重特大事故发生频率已接近国外平均水平

1999年以来，国外发生一次死亡30人以上的特大煤矿事故19起，共造成1 001人死亡，其中18起是瓦斯爆炸事故。这些特大事故全部发生在发展中国家，发达国家已基本杜绝煤矿特大事故的发生，但近20年来煤矿重大事故却偶有发生，如2010年4月5日，美国西弗吉尼亚州罗利县的上科大煤矿发生煤矿瓦斯粉尘爆炸事故，造成29人死亡。

我国自1999年底建立垂直管理的国家煤矿安全监察体制以来，煤矿重特大事故得到有效遏制。2019年发生重特大事故3起、死亡52人，比2000年的81起、1 518人分别下降96.3%和96.6%。2015-2019年，我国煤矿发生一次性死亡人数30人以上的特别重大事故共2起，近3年未发生特别重大事故；发生一次性死亡人数10～29人的重大煤矿事故共25起，平均每年发生5起。而国外自2015年以来发生特别重大事故也是2起，重大事故在俄罗斯、乌克兰、土耳其等国家也时有发生。因此，我国作为占世界煤炭产量近一半的产煤大国，在防范遏制煤矿重特大事故方面已经达到国外平均水平，如图10所示。

图10 2000-2019年我国煤矿重特大事故变化情况

4.3 我国露天煤矿安全生产已达到世界先进水平、井工煤矿安全生产状况超过世界平均水平

我国煤矿以井工开采为主，随着采深和开采强度不断增加，我国井工矿井逐步向深部、高温、高瓦斯、高水压、大地压、大倾角、特厚、特薄等条件转移，开采条件越来越差，灾害越来越严重且相互叠加，生产系统越来越复杂，灾害治理难度越来越大。因此，我国是世界上煤炭开采难度最大、灾害最为严重的国家。

我国煤矿安全生产整体水平主要受限于井工开采，目前露天煤矿安全生产已达到世界先进水平。2018年我国露天煤矿发生死亡事故8起、死亡10人，百万吨死亡率为0.015，与美国相当，但还未实现“零死亡”，距澳大利亚、加拿大等国家还有一定差距；井工煤矿发生死亡事故218起、死亡323人，百万吨死亡率为0.108，低于波兰的0.260，与俄罗斯相当，但与澳大利亚、加拿大和美国还有一定差距，如表3、图11所示。

表3 2018年世界主要产煤国家井工与露天煤矿安全生产指标

图11 部分主要产煤国家2018年露天和井工煤矿百万吨死亡率

4.4 我国煤矿安全生产取得巨大成效的根本原因是中国特色社会主义制度优势

长期实践证明，我国煤矿安全生产在体量庞大、条件复杂、企业总体管理水平差、技术装备并不先进的情况下仍然取得举世瞩目的成绩，其根本原因是党和政府的坚强领导和严格执法，形成了中国特色的煤矿安全管理制度，这是一套具有生命力和优越性的制度体系，是能够持续推动拥有50亿t煤炭产能、近300万煤矿从业人员的世界产煤大国进步和发展、确保拥有世界最复杂开采条件的中国煤矿实现安全生产形势根本好转的制度体系。我国煤矿安全制度体系在坚持党的坚强领导、依法治安、优化管理体制、防范化解重大风险、坚持以人为本、坚持精准治理、坚持安全发展等方面展示出的显著优势，是我国煤矿安全生产取得历史性成效的根本原因。

5 煤炭科学技术进步

5.1 美国、澳大利亚、德国煤炭科学技术位于世界领先水平

近30年来世界煤炭科技发展迅速，综合来看，美国、澳大利亚、德国等国煤炭科技发展处于领先位置。目前美国井工煤矿长壁开采方法属于最先进的井工开采技术，自动化、信息化、智能化相关技术广泛应用，已经实现了自动化开采和采煤机远程控制，装备先进可靠，用人精简高效，员工健康和安全有保障；2018年美国原煤生产效率8 295 t/(人·年)。澳大利亚露天煤矿开采理念先进，选用世界一流装备制造商产品，装备载重量大、可靠性高，无人驾驶矿车实现了1 000 km以上的远程控制；长壁工作面自动化技术(LASC)能够实时监测长壁工作面情况，且已经开始向数字化方向发展，井工煤矿单矿规模大幅提高，生产率普遍提升；2018年澳大利亚原煤生产效率10 900 t/(人·年)，为所有国家中最高水平。德国井工开采已经结束，但德国的智能化开采技术仍处于世界先进水平，煤矿开采设备在世界市场占有比较优势；采矿业提出的“采矿4.0”，以机械化、自动化、信息化为基础，建立智能化的新型生产模式和产业结构，推动了智能化开采技术在煤矿开采中的广泛应用。

5.2 智能化开采成为煤炭科学技术发展的新趋势

智能化开采是指在不需要人工直接干预的情况下，由采掘装备自动完成回采的作业过程，是煤炭开采技术的变革。20 世纪90年代以后，美国、德国、澳大利亚等国开始着手研究自动化综采关键技术，并取得了一些显著性的成果。1995年，美国第一代的半自动长壁开采系统问世，经过单机自动化、系统自动化和远程控制3个阶段，目前美国的智能化长壁采煤工作面单台设备可靠性达到98.5%以上，整个矿井系统的可靠性达到80%以上，采煤工作面需要4～8名工作人员，全矿约需350～600人；房柱式开采技术也实现了开采系统的自动化、信息化、智能化。

2005年，澳大利亚LASC试验成功，该技术随后被广泛应用于澳大利亚煤矿，自动化的开采过程既提高了矿井生产力，又使矿工远离了危险的采煤工作面；2017年以来，澳大利亚煤矿又从自动化逐步迈向数字化的智能化发展新阶段。

德国依托工业4.0战略，以机械化、自动化、信息化为基础，建立智能化的新型生产模式和产业结构；德国采矿业提出“采矿4.0”的概念，最终的目标是实现自动化无人工作面采煤，最大限度地减少井下辅助运输和岗点作业人数，降低劳动强度，减少事故发生概率，提升矿井自动化、智能化生产水平。

5.3 我国煤炭开采技术经历“跟跑”“并跑”正在跨入“领跑”阶段

与国外相比，我国井工煤矿开采技术整体上经历了“跟跑”、“并跑”两个阶段，目前部分领域进入“领跑”阶段；露天煤矿开采技术经历了“跟跑”“并跑”2个阶段。

1990-1999年，我国井工煤矿开采技术整体上处于“跟跑”阶段，重点研发了中厚煤层普通综采装备，煤矿安全高效开采技术和重大装备制造能力取得重大进步，10年间大型煤矿原煤生产效率提高85.53%。2000-2009年，井工煤矿开采技术整体上处于“并跑”阶段，攻克了厚煤层综采技术瓶颈，研制成功了大采高综采成套技术与装备；建成将近40处千万吨级煤矿，矿井生产效率指标与美国和澳大利亚先进矿井处于同一水平。2010年以来，井工煤矿开采技术部分领域进入“领跑”阶段，8.8 m超大采高综采技术与装备成功应用，单个工作面年产突破16 Mt，刷新世界超大采高综采工作面采高、产量与工效记录；建成世界上规模领先的494处智能化采掘工作面，开创井工煤矿智能化开采新局面。

20世纪80年代以后，我国露天开采技术处于“跟跑”阶段，先后建成五大露天煤矿，大型露天开采主要设备研制列入国家重点攻关项目，露天开采技术取得长足进步；2000年之后，我国露天开采技术逐步迈入“并跑”阶段，五大露天逐步达到世界一流现代化露天煤矿水平，2018年大型露天煤矿原煤生产人员效率达到到96.03 t/工，超过美国露天煤矿平均生产效率，仅低于澳大利亚露天煤矿的生产效率，我国露天煤矿开采水平接近世界先进水平。

6 主要结论

6.1 世界主要煤炭生产和消费国家可分为3类

国外美国、俄罗斯、澳大利亚等17个采煤国煤炭生产与消费分别占国外煤炭产量和消费量的90%和80%以上，但近30年这些国家煤炭生产与消费在世界煤炭生产与消费增量中占比很小；而且在世界一次能源消费构成中的占比下降了6个百分点左右。对国外17国煤炭消费量和在一次能源消费构成中所占比重的变化进行研究分析之后，可将其分为3类，欧美国家属于“双下降”的第1类、亚太一些国家归属“双上升”的第2类、澳大利亚等为消费量上升占比下降的第3类国家，我国属于第3类；我国虽然煤炭消费量超过国外17个采煤国的总和，但在天然气和新能源的替代下，煤炭在一次能源消费中的比重逐渐降低，是亚太地区降幅最大的国家。

6.2 国外产煤国家煤炭开采方式大都以露天开采为主

国外产煤国家煤炭产量的增长主要依靠露天煤矿的产量，露天开采产量占煤炭总产量的80%以上；这些国家井工煤矿从个数、产量等方面呈现退出态势，特别是英国和德国，美国和澳大利亚的井工煤矿也在逐渐减少。我国因煤炭资源条件限制等原因，煤炭开采方式以井工开采为主，井工开采产量占煤炭总产量的80%，与国外17国露天开采产量的占比几乎相同；近30年，我国井工煤矿煤炭产量快速增长，2018年我国井工煤矿煤炭产量是国外17国井工煤矿产量的4倍。

6.3 我国煤矿安全处于世界较好水平

近30年来，我国煤矿安全生产工作实现了由事故多发频发向安全生产形势总体稳定的历史性跨越，处于世界较高水平。我国露天煤矿安全生产已达到世界先进水平、井工煤矿安全生产状况超过世界平均水平、重特大事故发生频率已接近国外平均水平，中国特色社会主义制度优势保证世界最复杂开采条件的煤矿实现了安全生产形势根本好转。

6.4 我国煤炭开发水平领先世界

近30年，国外产煤国家煤炭开采正在由自动化向数字化的智能化迈进；我国煤矿开采技术水平和煤机制造水平得以迅速提升，煤炭生产效率大幅提高，井工煤矿厚煤层综采技术整体指标和大型露天煤矿的原煤生产效率指标达到国际先进水平，井工煤矿厚煤层综采部分指标达到国际领先水平。未来，我国大型井工煤矿的开采工艺和技术装备将“领跑”世界井工煤矿的发展。

6.5 煤炭工业发展更趋向生态环境保护和绿色低碳

随着《巴黎协定》的通过，各国政府采取积极措施应对气候变化，绿色开采和低碳发展日益成为煤炭工业发展的重要内容。国外主要煤炭生产国和消费国在煤炭的清洁生产、高效利用、温室气体减排等方面做了大量工作，不仅制定了切实可行的政策法规，而且加大相关技术研发的政府投入；我国在推进矿区生态文明建设、重点用煤行业节能减排及超低排放等方面亦取得了较好的成绩，进入世界先进行列。

6.6 各国高度关注煤炭产业转型发展

国外产煤国家特别是德国、英国等国经历了煤矿大规模开发和关闭的历程，其共同特点是从政府层面给予煤炭产业转型长达数10年的政策和资金支持，在老矿区推动新兴产业的多元化发展、与周围区域的协调发展。我国一些以煤为主的老工业基地正处在资源日渐枯竭、迫切需要转型的阶段，可以充分借鉴这些国家的成功经验，尽早做好规划，给新兴产业足够的成长时间。