История горного дела. Маркшейдерия


А. В. Гальянов, В. А. Гордеев





ИСТОРИЯ ГОРНОГО ДЕЛА

МАРКШЕЙДЕРИЯ

Монография







Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 622.1
ББК 33.12 Г17

Рецензент:
доктор технических наук (ИГД УрО РАН) Лаптев Ю. В.





    Гальянов, А. В.
Г17       История горного дела. Маркшейдерия : монография / А. В. Гальянов,
     В. А. Гордеев. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 560 с. : ил., табл.
          ISBN 978-5-9729-0971-1

     Обобщаются известные исторические сведения о зарождении и развитии горного промысла и маркшейдерского искусства. Показана этапность этого процесса, обусловленная развитием цивилизации. Маркшейдерия рассматривается как научно-инженерная дисциплина в системе горных знаний о рациональном использовании недр, которая в определенном смысле дала начало формированию аналитических основ горной науки и систематизации эмпирических сведений об извлечении полезных ископаемых из недр. Обозначены ключевые теоретические исследования, составляющие научный фундамент маркшейдерии.
    Для широкого круга читателей, интересующихся историей горной науки. Может быть полезно студентам, аспирантам и инженерам, изучающим горное дело.

УДК 622.1
ББК 33.12









ISBN 978-5-9729-0971-1

     © Гальянов А. В., Гордеев В. А., 2022
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

ОГЛАВЛЕНИЕ



ПРЕДИСЛОВИЕ....................................................5

Часть 1. МАРКШЕЙДЕРИЯ ОТ ИСТОРИЧЕСКИХ ИСТОКОВ ДО НАШИХ ДНЕЙ..................................................9
1. Освоение человеком окружающей среды обитания................9
  1.1. Антропологическая хронология социальной истории.........9
  1.2. От собирательства к первым ремеслам....................16
  1.3. Зарождение горного промысла как потребность развивающейся цивилизации...................................21
  1.4. Несколько слов о хронологии «древности»................42
2. Этапы становления маркшейдерского дела до XIX в............49
  2.1. Античный период до VI в................................50
  2.2. Средние века (VII-XVI вв.)....................................60
  2.3. Становление маркшейдерской специальности в профессии горняка (XVII-XVIII вв.)....................................90
  2.4. Зарождение маркшейдерского искусства в России (XVIII в.)......102
3. Новое маркшейдерское искусство (XIX-XX вв.).......................115
  3.1. Краткая историческая справка о геодезических измерениях Земли.115
  3.2. Формирование нормативной базы по производству маркшейдерских работ в России...............................130
  3.3. Немецкая школа маркшейдерского искусства......................135
  3.4. Российская школа маркшейдерского искусства....................138
  3.5. На рубеже 40-х годов XX в.............................187
  3.6. Вторая половина XX в..................................205

Часть 2. МАРКШЕЙДЕРИЯ КАК ОБЛАСТЬ СПЕЦИАЛЬНЫХ ИНЖЕНЕРНЫХ ЗНАНИЙ В ГОРНЫХ НАУКАХ.....................210
4. Формирование основ аналитической маркшейдерии.............210
  4.1. Геометрия - аналитическая основа системы маркшейдерских измерений...................................211
  4.2. Развитие основ теории измерения углов и длин..........219
  4.3. Учение об оценке точности решаемых задач на основе проведенных непосредственных маркшейдерских измерений.......233
  4.4. Уравнивание системы маркшейдерских измерений..................271
5. Учение о соединительных съемках горных выработок..........283
  5.1. Этапы развития соединительных съемок горных выработок.........284
  5.2. Проблемы производства ориентирно-соединительной съемки на глубоких шахтах...................................286
  5.3. Способы геометрического ориентирования через один вертикальный ствол..........................................297

3

  5.4. Геометрическое ориентирование через два вертикальных ствола.317
  5.5. Геометрическое ориентирование наклонных горных выработок....318
  5.6. Ориентирование с помощью приборов с магнитной стрелкой......320
  5.7. Гироскопия в практике маркшейдерских работ............322
6. Специальные виды маркшейдерских работ.....................334
  6.1. Передача высотной отметки с поверхности в шахту.......334
  6.2. Маркшейдерские работы при строительстве шахт..........336
  6.3. Проведение горных выработок встречными забоями........343
  6.4. Маркшейдерское обеспечение открытого способа отработки месторождений....................................345
  6.5. Маркшейдерские работы в акваториальных зонах..........363
  6.6. Маркшейдерская документация...........................384
7. Рациональное недропользование - область
  маркшейдерского контроля за полнотой отработки месторождений полезных ископаемых..........................387
  7.1. Формирование законодательно-правовой основы недропользования ... 387
  7.2. Принципы классифицирования месторождений и запасов полезных ископаемых..........................................415
7.3. Формирование основ оценки полноты извлечения полезных ископаемых при добыче..............................441
  7.4. Нормирование, планирование, учет и отчетность показателей полноты и качества извлечения запасов при добыче.461
8. Подготовка маркшейдерских кадров..........................469
  8.1. Российская Федерация..................................469
  8.2. Маркшейдерское дело на Украине........................505
  8.3. Маркшейдерия в Республике Казахстан...................519
  8.4. Всесоюзный научно-исследовательский маркшейдерский институт (ВНИМИ)...........................................527
  8.5. Состояние маркшейдерского образования за рубежом......533

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................540
ПРИМЕЧАНИЯ...................................................543
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ................548

4

ПРЕДИСЛОВИЕ


     История горной науки хранит в себе немало событий и фактов, оказавших определяющее влияние на ход развития цивилизации и составляющих золотой фонд ее летописи. Размещенные в основном во временной последовательности, эти факты позволяют проследить зарождение и развитие идей и теорий, их взаимосвязь, приемственность и тенденции развития, что в совокупности и составляет внутреннюю логику динамики Маркшейдерии, как инженерной дисциплины в системе горных наук и, в силу своей фундаментальности, открывают новые страницы научной картины окружающего нас мира.
     Термин «маркшейдерское искусство» немецкого происхождения (Магк8сйе1бекип81:), что в буквальном переводе означает межевое искусство, Магк8сйе1бег - межевщик. Само слово «Marksoheider» старонемецкого происхождения и составлено из двух слов: Mark - знак, граница отмечающий какую-нибудь точку или линию на поверхности или под землей, s«heiden - устанавливать. Таким образом «Mark8«hei-der» означает «устанавливающий границы». П. Вильски [37] указывает, что название профессии «маркшейдер» берет свое начало от граничных (межевых) камней Maгksсheidestempel, die MarksAeid -от нем. слов mark (граница) и s«heiden (разделять), которые устанавливались в подземных горных выработках на границах участков, принадлежащих разным владельцам и которые упоминаются в Шем-ницком горном праве в XIII в. (примерно в интервале 1235 - 1270 гг.).
     Г. Г. Конрад считает, что термин «маркшейдер - MarksAeider» отмечен впервые ок. 1365 г. в решении участкового судьи Цукманте-ля как межевщик, специалист, призванный в условиях подземных горных работ указывать границы горного отвода. Считается, что сначала маркшейдерские работы выполняли горные мастера и судьи. Позднее появилась самостоятельная профессия.
     Следует отметить, что известны различные написания горняка-маркшейдера - Marscheider, Marckscheider, Marscheyder, Marckschey-der. Это объясняется различными написаниями граничного камня -Markscheid в Горном праве Шемница, Marscheid в Горном праве Йиглавы, Marchschaid в Швацком горном уложении и др. [37]. Нынешнее написание установилось с XVI в. [10].
     Немецкое «Maгksсheidekuпst» на русский язык переводилось как горная геодезия (Л. Ф. Сакс, 1886; В. И. Бауман, 1900, 1905), рудничная горная топография (Г. А. Тиме, 1884, 1990), подземная геометрия 5

(geometriae subterraniae) и горное землемерие (А. Мартов, 1777), горная геометрия (П. М. Леонтовский, 1906). Все же в XX в. закрепилась следующая терминология: «Маркшейдер», «Маркшейдерское искусство», «Маркшейдерское дело», «Маркшейдерия» как отражение поступательного развития предмета, расширение круга решаемых совершенно специфических задач горного производства и юридического статуса маркшейдерской службы.
     Если обратиться к истории архитектурного строительства, то мы увидим, что всякому строительству и непосредственному процессу возведения зданий и сооружений различного назначения, будь то дворцы, храмы, крепости, каналы, подземные коммуникации и т. д., всегда предшествуют разбивочные работы на местности, что сегодня именуется как «вынос проекта на местность». Такие работы выполнялись людьми, хорошо знающими геометрию, владеющими определенными приспособлениями, инструментами и обладающими специальными навыками и опытом. В Египте и Греции так «называемого античного периода» таких людей именовали гарпедонаптами (натя-гивателями веревки). Этот этап строительных работ считался и считается до сих пор как весьма ответственный, поскольку здесь закладываются основы устойчивости, долговечности, прочности и архитектурный красоты зданий и сооружений. Эти приемы выноса проекта в натуру и закрепление его на местности принимаются на вооружение межевиками, что свидетельствует о том, что исторические корни этой профессии уходят в эпоху становления и развития цивилизации. Приемы межевания оказались востребованными в период возникновения горного промысла в связи с закреплением подземных границ участков земли за недропользователями и контролем за соблюдением определенных требований ведения горных работ. Это способствовало расширению круга задач, которые приходилось при этом решать.
     Настоящая работа задумана как обобщение многочисленных сведений, раскрывающих научную и инженерную историю маркшейдерии, развитие методов и средств системы маркшейдерских измерений, т. е. того круга задач, которые приходится решать маркшейдерской службе в связи с развитием горного промысла до уровня горной науки - науки о рациональном использовании недр. Этот труд не учебник и не учебное пособие - это научная биография, или «жизнеописание», или, если угодно, путешествие во времени от прошлого к настоящему первой в практике горного производства научно-6

инженерной дисциплины, которая дала начало формированию аналитических знаний о том, как вести горные работы в самых различных условиях, и стала предвестником формирования горной науки. Авторы взяли на себя труд выполнить определенную систематизацию рассеянных по журналам, книгам, материалам съездов, конференций и совещаний крупинок драгоценных сведений о специальности «маркшейдерское дело», дать им объективную историческую оценку. Главным затруднением в этой работе было освещение периода до XV в. Может показаться странным и очень неубедительным замечание о том, что мировая история этого периода, полностью опирающаяся на хронологическую систему датирования событий древности, сегодня ставится под сомнение. Так, в целой серии книг А. Г. Фоменко и Г. В. Носовского достаточно аргументированно утверждается, что «в принятой сегодня версии хронологии древности вскрыты серьезнейшие ошибки. ...«античность» - это фантомное отражение средневековья XI - XVI вв. ... старинные первоисточники были тенденциозно отредактированы в XVI - XVIII вв. уже с точки зрения нововведенной хронологии Скалигера - Петавиуса (XVI - XVIII вв.). В результате картина прошлого была существенно искажена». Это искажение оценивается в 1200 - 2600 лет в сторону удревления событий. Поэтому следует с большой долей осторожности относиться к сведениям, датируемым тысячелетиями до новой эры. Но одно остается базовым и неизменным - это то, что представления о маркшейдерии (ее методах, задачах, средствах и т. д.) на протяжении просматриваемого исторического периода (последние 600 лет) изменялись от кустарни-ческой деятельности межевиков-одиночек до горной инженерной специальности, и это обстоятельство определило лейтмотив настоящего очерка.
     Работа состоит из двух частей. В первой части - три главы, которые поэтапно раскрывают естественно-исторические предпосылки возникновения и становления горного производства и специальности «маркшейдерское дело». Особое внимание уделено развитию российской школы маркшейдерского искусства.
     Вторая часть в большей мере соответствует первой составляющей названия книги - «Развитие научных идей в горном деле». Это первая попытка представить инженерную составляющую маркшейдерии не только через решаемые задачи, но и через призму авторов этих задач и того их научного вклада, который способствовал возведению «монументального здания» научной и инженерной дисципли-7

ны в горной науке под названием «Маркшейдерия». В разные периоды она называлась по-разному: «Маркшейдерское искусство», «Маркшейдерское дело», отражая ее статус в горном деле. Но уже с самого начала XXI в. прочно укрепилось название «Маркшейдерия» как область специальных горных инженерных знаний, обеспечивающих правильное и безопасное ведение горных работ и защищающая интересы государства в части рационального использования богатств недр.
    Первая часть книги и глава 8 подготовлены авторами совместно; главы 4-7 подготовлены А. В. Гальяновым, в написании раздела 5.7 принял участие А. П. Бадулин, а раздел 7.1 написан В. А. Патко.
    Книга предназначена для студентов горных вузов и может представить интерес для широкого круга читателей, интересующихся историей науки. Особую благодарность авторы приносят сотрудникам кафедры М. Г. Туркиной, Н. О. Самариной, Н. В. Сергеевой, на хрупкие плечи которых легла тяжелая ноша «выноса проекта в натуру».

8

Часть 1.
МАРКШЕЙДЕРИЯ ОТ ИСТОРИЧЕСКИХ ИСТОКОВ ДО НАШИХ ДНЕЙ



1.    ОСВОЕНИЕ ЧЕЛОВЕКОМ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ

1.1. Антропологическая хронология социальной истории

    Антропология достаточно определенно выделяет три этапа (периода) в развитии рода Ношо (люди) как одного из представителей отряда приматов: переход на прямохождение (erectus), повлекшее за собой морфологическое изменение стопы, тазобедренной конструкции, станового хребта и грудной клетки; изменение функций прямых конечностей в связи с изменениям формы запястья, что сделало руки главным «приспособлением» в созидательной деятельности (habilis умелый); возникновение и развитие второй сигнальной системы, следствием которой стало мышление и речь (sapiens разумный).
    В сегодняшней антропологической хронологии вероятным предшественником рода Ношо считается австралопитек, останки которого датируются возрастом 1 -3 млн лет и относятся к историческому периоду палеолита. В силу каких причин примату пришлось встать на ноги, пока остается тайной, но факт состоит в том, что этот процесс сопровождался принципиальными морфологическими изменениями.
    Все эти изменения связаны между собой неразрывной генетической связью - генетическим кодом. Австралопитек еще не Человек, но уже и не животное, хотя сохраняет стадность организации общего проживания; в нем еще только зарождаются первые признаки проявления функции второй сигнальной системы. «Труд создал человека», -провозгласил Ф. Энгельс в «Диалектике природы», Ч. Дарвин открыл закон естественного отбора в развитии высших биологических видов, физиолог И. П. Павлов обнаружил функционирование второй сигнальной системы у человека, что следует отнести к разряду принципиального, а следовательно, главного отличия человека от высших приматов, генетика раскрыла механизм передачи наследственности генетического кода. Эти достижения научной мысли указывают на то,

9

что морфологические изменения у Homo следует рассматривать как следствие, а потому вторичными по отношению к среде обитания, формированию центральной нервной системы и функционированию мозга - этого «центра управления жизнью». Такая концепция допускает предположить, что уже в «зрелом возрасте» (2,0 - 1,5 млн лет назад) у австралопитеков отмечается проявление первых признаков функционирования второй сигнальной системы, которая, развиваясь, укреплялась и способствовала его переходу в эру архантропов (habilis -умелых). Переход этот сопровождался в основном изменением черепа, увеличением объема мозга, перестройкой гортани, трансформацией дыхательной системы полости рта, что преобразовало гортанное рычание в широкую гамму частот голосовых звуковых волн. Движение рук дополняло голосовые звуки, мышцы лица сделали мимику гримас отражением внутреннего состояния, она стала многообразной и выразительной. Вегетарианство, переданное по наследству от приматов, стало недостаточным для поддержания жизнеобеспечивающей функции организма - увеличившаяся потребность в белковых соединениях стимулировала развитие нейромассы. По отношению к окружающему миру австралопитек является потребителем, он гармонично вписывается в среду обитания, не демонстрируя пока свои алчные амбиции Природе.
     Homo habilis (человек умелый) - эволюционный вид развития рода Homo, берущий свое начало от одной из разновидностей австралопитеков и как более прогрессивный, человек умелый вытесняет своего прародителя и с территории, и биологически. Морфологически это уже современный тип человека, но пока еще с меньшей черепной коробкой и объемом мозговой массы (у взрослой особи около 550 см³), что примерно на 20-25 % больше, чем у генетического прародителя австралопитеков. Так, по данным В. П. Алексеева [12], у австралопитеков (2,5 млн лет до н.э.) объем черепной коробки составлял 360-440 см³ (рис. 1.1).
     В качестве ремарки заметим, что более правильным, на наш взгляд, показателем интеллектуального статуса Homo следовало бы считать соотношение объема черепной коробки к массе скелета. С исторической эпохой Homo habilis связывается овладение огнем для обогревания и защиты, сохранение «стадного» ассоциирования и зарождение семейно-родовых связей при сохранении полигамных отношений, возникновение признаков речевого общения и первые попытки «увидеть» в каменных осколках вполне полезные его «каче


10

ства»: может резать, удобен для держания в руках, прочен, тяжел, допускает выбрать такой, какой нужен (рис. 1.2, 1.3).


Рис. 1.1. Характер эволюционного изменения объема черепной коробки Homo, поВ. П. Алексееву

     На протяжении сотен тысяч лет Homo habilis эволюционировал, зародилось образное мышление, его общение с окружающим миром все более приобретало прагматичный характер. Уже не просто поиск подходящего каменного осколка, а поиск нужного и не просто лежащего на поверхности, а путем разбора кучи и раскапывания рыхлой почвы вплоть до глубины вытянутой руки. Наиболее примитивные каменные орудия изготавливались при помощи немногих ударов камня о камень, добиваясь образования сечковидной рубящей формы -чопперы и чоппинги дали начало рубилам, скребкам, изготавливаемым из крупных пластин, многочисленным нуклеусам (заготовкам для более мелких «инструментов»). Галька кварцевой породы, обсидиан (вулканическое стекло), кремний и другой крепкий каменный материал - вероятно, первые горные породы, которые осваивал человек умелый (см. рис. 1.2). Стадное ассоциирование укреплялось осознанием семейно-родовой принадлежности между его членами, как и в мире животных, укрепилась защита «собственной территории».


11

Рис. 1.2. Человекумелыи. Реконструкция

Рис. 1.3. Галечные орудия. Олдуваиская культура

12