美國煤炭工業發展趨勢

黃文杰

(應急管理部信息研究院，北京市朝陽區，100029)

美國是世界上煤炭資源最豐富的國家，英國石油公司(BP)2020年《世界能源統計》顯示，2019年底，美國探明煤炭儲量為2 495.37億t，占世界的23.3%，居世界第1位，儲采比390[1]。煤炭曾經在美國一次能源生產和消費中占主導地位，受石油、天然氣和可再生能源的沖擊以及金融危機的影響，煤炭在能源生產和消費中的地位逐漸削弱，2014年開始煤炭在美國一次能源生產和消費中的地位下降到第3位。美國是煤炭凈出口國，主要出口冶金煤和動力煤兩類；其煤炭生產以露天開采為主，產量占煤炭總產量的比重比世界露天開采的平均占比高出約20個百分點。隨著高新技術和先進設備的采用，加上生產高度集中化、生產規模增大、生產效率提高，美國煤炭行業從業人員逐年減少，煤炭單井產量不斷上升。美國十分重視煤礦安全和礦區環境，相關法律法規的適時制定修訂、監管體系的不斷完善、科技創新及技術設備的資金投入，使美國煤礦安全水平和環境保護水平一直處于世界領先地位。

1 煤炭資源分布

美國煤炭資源賦存廣泛，地區分布比較均衡。全美50個州中有38個州賦存煤炭，含煤面積占國土面積的13%，主要集中在蒙大拿、伊利諾伊、懷俄明、西弗吉尼亞、肯塔基、賓夕法尼亞6個州，煤炭資源約占全國的77%[3]。按照地理位置，煤炭資源主要分布在阿巴拉契亞地區、中部地區和西部地區，在探明儲量中所占百分比分別為21%、32%和47%[3]。以密西西比河為界劃分，西部較東部資源豐富，占全國儲量的58.9%[3]，且適于露天開采的儲量為東部的3倍。東部多優質煉焦煤、動力煤和無煙煤，熱值較高(288.42 MJ/kg)，灰分低，不過含硫量高(2%～3%)；西部煤質相對較差，多為次煙煤和褐煤，熱值低(255.72 MJ/kg)，但含硫量較低(1%左右)。

美國煤層整體開采條件優越。東部阿巴拉契亞煤田99%是水平和近水平煤層，埋藏淺，礦井平均開采深度為90 m，煤層地質破壞很少、瓦斯含量小、煤質堅硬、灰分低但硫分較高；中部煤田大部分煤層結構簡單、分布廣且穩定、煤層平均厚度為1.5 m左右、瓦斯含量中等、涌水量少；西部煤田煤層厚、埋藏淺、儲量大、開采成本和礦建投資低，適宜建設特大型露天礦和發展高產高效長壁綜采礦井。

2 煤炭在能源系統中的地位和作用

2.1 煤炭在一次能源生產中比重下降

近30年來，美國一次能源生產總量逐年上升，而煤炭產量占比逐年下降。如圖1所示，1990-2019年，美國一次能源產量增長幅度達43%，年平均增長速度為1.2%。2019年達到25.26億t(油當量)，創歷史新高。煤炭生產所占比重從1990年的31.81%下降到2019年的14.12%。2011年，天然氣生產量超過了煤炭，煤炭退居第2位。2014年，石油生產超過了煤炭，自此煤炭在一次能源生產中的地位下降到第3位[2]。

資料來源：美國能源信息署，2020圖1 1990-2019年美國一次能源產量比重變化趨勢

2.2 煤炭在一次能源消費中比重下降

1990年以來，美國一次能源消費量逐年上升，煤炭消費占比逐年下降。如圖2所示，30年來，美國一次能源消費量增長幅度為18.64%，年均增長速度為0.57%。2018年一次能源消費量為25.27億t(油當量)，達到歷史最高水平，2019年有所下降，為25.04億t(油當量)，同比下降了0.91%。隨著天然氣和可再生能源等替代能源消費占比的增加，煤炭在一次能源消費中的比重逐年下降，由1990年的22.7%下降到2019年的11.3%。2019年煤炭消費量僅為582.83 Mt，為1990年以來的最低水平，煤炭在一次能源消費中居第3位[2]。

2.3 發電用煤量下降，占煤炭消費量比重緩慢增加

美國煤炭主要用于發電，30年來，美國發電用煤量由1990年的701.8 Mt下降到2019年的489.35 Mt，下降了30.27%，但是發電用煤占煤炭總消費量的比重逐年上升，由1990的86.4%上升到2019年的91.8%[3]，如圖3所示。美國電煤占煤炭消費的比重居世界前列，煤炭清潔高效利用程度高，發電廠可集中通過提高技術手段減少污染，避免煤炭散燒造成的超標排放。

資料來源：EIA: Monthly Energy Review June 2020 圖2 1990-2019年美國一次能源消費比重變化趨勢

資料來源：美國能源信息署，2020年圖3 1990-2019年美國煤炭消費結構變化趨勢

3 煤炭生產

3.1 煤炭產量持續下降

美國在世界煤炭產量中占有重要地位，2019年美國煤炭產量為640.75 Mt，約占世界煤炭產量的7.9%，僅次于中國、印度，居世界第3位[1]。

2008年以前，美國政府重視煤炭在電力發展中的作用，鼓勵煤炭生產，美國煤炭產量保持穩定增長，煤炭在能源生產中始終處于第1位。2008年煤炭產量達到峰值，為1 063.05 Mt。金融危機后，美國大力發展清潔能源，頁巖氣和可再生能源得到快速發展，煤炭產量開始逐年下降。2016年，美國煤炭產量下降到660.76 Mt。特朗普政府重視傳統工業，重振煤炭工業，使得2018年煤炭產量小幅上升，但是隨著天然氣價格的下降，可再生能源發電成本的降低，煤炭衰退的局勢已經無法避免。2019年，美國煤炭產量僅640.75 Mt，較2008年下降39.8%[3]，為歷史最低水平，如圖4所示。

3.2 煤炭生產以露天開采為主

由于美國煤層賦存穩定、傾角小、埋藏淺，加之大型、高效、專用機械的出現，自20世紀50年代開始大力發展露天開采，露天開采產量不斷增加，到20世紀70年代初露天開采產量已經與井工開采平分秋色。80年代開始，美國露天開采產量比例達到60%左右，從此，井工開采退居次要地位。露天開采產量在2008年達到峰值739.11 Mt，開采比例高達近70%。2009年開始，隨著煤炭總產量的下降，露天開采產量逐年下降。2019年產量398.20 Mt，占總產量的62.15%，較2008年峰值下降了46.12 %[3]，如圖5所示。雖然產量大幅下降，但露天開采的地位沒有改變。

資料來源：美國能源信息署，2020年圖4 1990-2019年美國煤炭產量變化趨勢圖

資料來源：美國能源信息署，2019年圖5 1990-2019年美國煤炭產量按煤礦開采方式劃分的變化趨勢

3.3 煤礦單井產量不斷上升

1969年美國《煤礦安全與健康法》正式頒布實施，特別是1977年《礦山安全與健康法》的頒布實施，導致不少達不到安全與健康生產條件的小煤礦關閉，促使煤礦單井產量迅速提高。1990年以來，煤礦生產向集中化大型化發展，在大型煤礦不斷增加的同時，中小煤礦數量逐漸減少，煤礦單井產量由1990年的27.218萬t快速增加到 2019年的95.778萬t。其中，露天礦單井產量由1993年的42.2萬t上升到了2019年的92.176萬t，上升了118.64%；井工礦單井產量由1993年的26.6萬t上升到2019年的107.327萬t，上升了303.06%[3]。2017年，井工礦單井產量超過了露天礦單井產量，如圖6所示。

資料來源：美國能源信息署，2020年圖6 1993-2019年單井產量變化趨勢圖

3.4 機械化程度高，用工人數持續減少，生產效率持續提高

20世紀40年代后，煤炭生產技術、技術水平迅速提高，70年代，采煤機械化程度就達到98%以上，綜合機械化水平達到85%，90年代后已達到或接近100%。

隨著美國煤炭工業的發展，煤炭從業人員在20世紀20年代達到最高峰，1923年達到86萬人。此后，隨著機械化與自動化程度的快速發展，從業人員迅速下降至20世紀60年代的13萬人。20世紀70年代由于石油危機的刺激，煤炭需求增加，許多煤礦開工，大量用人，加上政府對煤礦安全健康和環保的嚴格要求，必須增加相應的工作崗位，從業人員又出現上升趨勢，1979年達到另一個高峰期26萬人。隨著高新技術和先進設備的采用，加上生產高度集中化、生產規模增大、生產效率提高，從業人員逐年減少，每年約以1萬人左右的數目遞減，煤礦用工人數由1990年的168 625人減少到2018年的82 699人，減少了50.96%。其中井工礦用工人數減少量遠高于露天礦，井工礦用工人數由1990年的84 154人減少到2018年的32 012人，減少了61.96%；露天礦用工人數由1990年的47 156人減少到2018年的21 477人，減少了54.46%[5]，如圖7所示。

資料來源：美國礦山安全與健康監察局，2020年圖7 1990-2019年美國煤礦工人數量變化趨勢

隨著煤礦綜采技術的突破性發展，煤礦從業人員的逐年減少，煤礦生產效率不斷提高。1990-2000年，煤礦生產效率快速提高，全國煤礦工人生產效率由1990年的3.47 t/(工·時)，提高到2000年的6.34 t/(工·時)，增長幅度達82.5%。2000年之后，美國煤礦開采技術未出現其他突破性進展，生產效率進入平臺期，生產效率保持在4.7 t/(工·時)至6.3 t/(工·時)之間，2019年，生產效率為5.06 t/(工·時)[3]。

30年來，露天開采的效率遠高于井工礦開采，生產效率平均高出2.76倍。井工煤礦工人生產效率由1990年的2.30 t/(工·時)，提高到2019年的3.27 t/(工·時)，增長幅度為42.17%；露天煤礦工人生產效率由1990年的5.39 t/(工·時)，提高到2019年的8.96 t/(工·時)，增長幅度為66.23%[3]，如圖8所示。

資料來源：美國能源信息署，2020年圖8 1990-2019年美國煤炭產量及生產效率變化趨勢

4 煤炭進出口

美國是煤炭凈出口國，煤炭出口量遠大于進口量。受國際市場和美國國內煤炭相關政策影響，美國煤炭出口量波動較大。1984年以前，美國煤炭出口量居世界首位；1984年以后，由于澳大利亞向日本等國出口的煤炭大增，擠掉了美國部分市場，因而退居第2位。在布什政府“一切服從美國利益”政策影響下，美國為了保護美國國內資源，盡可能地少開采美國國內煤炭資源，多利用國外資源，致使美國煤炭出口量持續下降，美國煤炭出口量由1990年的96.16 Mt快速下降到2002年的35.44 Mt，下降了63.14%，平均每年下降4.86%，達到1990年來出口量最低值。受頁巖氣及奧巴馬政府清潔能源政策影響，美國國內煤炭需求大幅下降，煤炭價格下跌，因此必須加大煤炭出口，美國煤炭出口量由2002年的35.44 Mt迅速增長到2012年的113.29 Mt，增長了219.67%，平均每年增長19.97%。隨后，煤炭出口量小幅波動，2019年，美國煤炭出口量為84.23 Mt，較2018年下降19.7%[2]，如圖9所示。

美國出口的煤炭主要為冶金煤和動力煤兩類，動力煤主要來自懷俄明州和蒙大拿州的粉河盆地，冶金煤主要來自阿巴拉契亞地區。美國動力煤和冶金煤出口量在2012年達到峰值，分別為49.9 Mt和63.39 Mt。2018年，美國動力煤出口量為49.1 Mt， 僅次于2012年，居歷史第2位。2019年，美國動力煤和冶金煤出口量大幅下降，其中，動力煤出口量為34.24 Mt，同比下降29.6%；冶金煤出口量為50 Mt，同比下降10%[2]。

資料來源：美國能源信息署，2020年圖9 1990-2019年美國煤炭出口量變化趨勢

2019年，印度、日本、荷蘭、巴西和韓國是美國煤炭主要的出口目的地，出口量占出口總量的53%。其中，向印度出口煤炭11.64 Mt，動力煤為7.38 Mt，連續第3年成為美國煤炭主要出口目的地[2]，如圖10所示。

資料來源：美國能源信息署，2020年圖10 2019年美國主要煤炭出口目的國

5 煤礦安全狀況

5.1 安全生產水平較高，百萬噸死亡率低

盡管美國煤礦開采條件優越，經營管理和從業人員素質較高，但在美國煤礦安全也經歷了從事故多發，到加強立法管理，到最終進入安全穩定的過程。美國煤礦安全受政府管理體制和煤礦安全法律法規的制修訂影響較大。

20世紀前30年，美國煤礦每年平均事故死亡逾2 000人，最嚴重的是1907年，煤礦死亡人數達3 242人。在煤礦安全形勢嚴峻的情況下，美國政府采取了一系列嚴格措施加強煤礦安全管理，自1891年開始，美國聯邦政府及各州政府頒布多部法律法規，設立礦業局、成立勞工部，專門負責煤礦安全管理。美國先后制定多部煤礦安全生產相關的法律，提高安全生產標準，其中最重要就是1978年生效的《聯邦礦山安全與健康法》。《聯邦礦山安全與健康法》是美國聯邦政府對全國礦山安全與健康實行監督管理的最高法律，是美國礦山安全生產的法律基礎。該法規定，把實施礦山監察的職責從內政部轉移到勞工部，并成立了新機構礦山安全與健康監察局，由總統任命一名勞工部副部長兼任局長。同時，設立聯邦礦山安全與健康復審委員會，其主席由總統任命，受理對礦山監察局執法處罰決定有異議時提出的法律訴訟。此外，成立礦山安全研究會和礦山健康研究會，主要負責提出礦山安全與健康研究方面的建議，并向礦山安全與健康局局長提出修改礦山安全與健康標準的建議。隨著《聯邦礦山安全與健康法》的實施，1985年煤礦死亡人數68人，煤礦事故死亡人數下降到100人以下。

20世紀90年代以來，隨著長壁綜采技術的成熟應用，美國井工開采技術有了突破性進展，再加上煤礦安全法律法規的有效實施，美國煤礦安全形勢得到徹底改變，安全狀況完成質的飛躍，煤礦死亡人數和百萬噸死亡率急速下降。1993年，煤礦死亡人數47人，下降到50人以下，百萬噸死亡率下降到0.05；2011年，煤礦死亡人數20人，下降到20人以下，百萬噸死亡率下降到0.02。2019年，美國煤礦死亡人數11人，百萬噸死亡率0.017[5]，如圖10所示。

1990-2019年美國煤礦死亡人數變化趨勢如圖11所示。

資料來源：美國礦山安全與健康監察局，2020年圖11 1990-2019年美國煤礦事故死亡人數和百萬噸死亡率情況

5.2 井工礦的死亡人數明顯高于露天礦

2006-2019年，美國煤炭行業死亡總人數為310人，其中井工礦219人，占死亡總人數的70.65%；露天礦69人，占死亡總人數為22.26%[5]，如圖12所示。

資料來源：礦山安全與健康監察局，2020年圖12 2006-2019年美國井工礦與露天礦死亡人數統計圖

6 礦區環境治理

美國對礦山生態環境相關內容均有單獨約定，具有技術標準明確、可操作性強的特點。美國出臺了《露天采礦管理與復墾法》《國家環境政策法》《環境責任法》等多部礦區環境治理相關的法律法規，實施嚴謹的全過程管理制度，從采前準備、過程管理到末端監測3個方面約束煤炭企業按照規定保護環境。美國的采前準備主要包括：要求提交采礦計劃和環境影響報告書，將得到相關部門審查和取得民眾同意后，才有權利獲得美國內政部或州管理機構頒發的許可證；復墾保證金制度，一般是許可證申請得到批準但尚未正式頒發以前交納，一般每公頃土地1 500～4 000美元不等。分3個階段驗收。經驗收合格，可得到余下15%的復墾保證金。過程管理主要包括：復墾基金制度，露天開采的煤礦，每噸交納35美分，井工開采的煤礦每噸交納15美分，褐煤則每噸交納10美分，按季度上交；設置專門的環境監督檢查員和專門的機構，負責檢查礦山企業遵循環境保護及執行環境恢復情況；公眾參與監督和評價，包括政府、社會組織、民眾和煤炭企業，構建多方制衡和支持的環保運行機制。末端監測主要是嚴格的驗收標準，開采結束后經過驗收還要觀察5～10年，確認復墾達標后才返還保證金。

我國雖有《礦產資源法》《礦山生態環境保護與污染防治技術政策》《土地復墾條例》《煤炭工業污染物排放標準》等法規標準，但多以條例或政策的形式約定，在環境等基本法中相關條文較為分散，約束性不夠強，且其中的相關技術標準不夠明確，操作性不強。

7 產業集中度高

20世紀90年代以來，美國煤炭產業集中度保持上升趨勢，到2011年產業集中度達到最高，前4家(皮博迪能源集團、阿奇煤炭公司、阿爾法自然資源有限責任公司和云峰能源)產量比重達52.4%；受豐富廉價的天然氣和可再生能源的影響，美國大型煤炭企業產量下降，2012年開始集中度持續走低，2018年，美國前4家煤炭企業產量比重下降到46.6%[2]，如圖13所示。近年來，我國不斷優化煤炭供給結構，煤炭產業集中度穩步提高，2018中國前4家(國家能源集團、中國中煤能源集團有限公司、陜西煤化工集團有限責任公司、山東能源集團公司)煤炭企業產量比重達27.4%[4]，但是，美國煤炭產業集中度仍是我國的1.7倍。

圖13 1993-2018年美國前四大煤炭企業煤炭產量占比情況

8 煤炭工業發展前景

根據美國能源信息署預測，2020-2050年，美國煤炭產量和消費量均呈下降趨勢，分別以1%和1.3%的速度遞減，到2050年煤炭產量和消費量分別為456 Mt和363 Mt。從煤炭產區來看，阿巴拉契亞地區和西部地區煤炭產量均將有所下降，但是中部地區煤炭產量會有所增長。未來30年，美國煤炭凈出口量將有所增長，到2050年凈出口量達95.33 Mt[7]。其中，煤炭出口量將持續上升，進口量則逐年下降。受廉價天然氣和可再生能源以及美國煤炭工業政策不穩定性特征的影響，美國煤炭工業的發展前景不容樂觀，但其豐富的煤炭資源、先進的經營管理和技術裝備保證了煤炭工業在短時間內不會被完全替代，其煤礦安全水平及煤炭開采和利用技術仍然保持世界領先水平。