这是一个
由能源驱动的世界
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）
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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
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
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转动的吊斗铲，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
黑乎乎的煤炭露出
灵活的单斗铲等
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
（吊斗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
山丘被夷为平地
平地被掏空成洼地
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
在铲车与卡车
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？
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
在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
井下事故的遇难者人数
也随之从2004年的6027人
减少至316人
事故发生系数
下降超过97%
（事故发生系数即百万吨死亡率，指的是每生产100万吨煤炭死亡的人数比例，下图为2002-2018年全国煤矿死亡人数变化，制图@陈志浩/星球研究所）
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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
（请横屏观看，抚顺煤矿的地面沉陷，摄影师@陈韶华）
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尤其是地面之上
有建筑、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”
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）
▼
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）
▼
然而
我们也付出了不小的代价
煤炭的大规模生产
占用了大量土地
尤其是露天开采
直接破坏了地表土层和植被
地下开采还污染了地下水
也引发了地面沉陷等各种问题
让生态脆弱区不堪重负
（河南辉县采煤沉陷湖区，摄影师@傅鼎）
▼
煤炭的直接燃烧
还将烟尘、二氧化硫、氮氧化物等
大量污染物排入大气
如此粗犷的使用造成了
酸雨、雾霾等环境污染问题
给人们的生活空间带来了极大的挑战
（北京雾霾天气，摄影师@陈剑峰）
▼
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）
▼
而且
在煤炭进入高炉之前
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）
▼
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
煤炭的能源效用
或许会被彻底取代
从此在我们的世界中消失
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）
▼
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
