История развития геодезии и маркшейдерского дела

Геодезия возникла в глубокой древности в странах Древнего Востока. В Египте за несколько тысяч лет до н. э. умели выполнять съемки земельных участков, расположенных в долине Нила.

Сохранился до наших дней папирус с картой Персии, составленной около 4,5 тыс. лет назад, на обратной стороне которого выполнены подсчеты размеров площади, изображенной на карте. В Китае в XI—XIII в. до н. э. были проведены большие геодезические работы по изучению «всей Земли», которые показали умение измерять земельные участки с использованием мерных цепей.

Высокое развитие получила геодезия в античной Греции, где были выполнены серьезные по тем временам теоретические работы, о чем могут служить дошедшие до нас книги Герона Александрийского «О диоптрах» и «Измерение площадей», в которых приведено описание геодезических работ и геодезических инструментов. Греком Эратосфеном (276—194 гг. до н. э.) в Египте впервые были определены размеры Земли. Он установил, что радиус земного шара составляет примерно шесть тысяч километров.

Маркшейдерское дело зародилось практически вместе с умением человека вести подземные горные работы. Сохранившиеся исторические рукописи, археологические раскопки и другие материалы показывают, что люди уже с древнейших времен умели сооружать довольно сложные подземные рудники и другие объекты. Для примера можно привести найденный в Италии египетский пергамент, на котором изображен рудник, существовавший около 3500 лет назад. Известно также, что древними римлянами для спуска воды из озера была пройдена встречными забоями штольня длиной около 6 км. Для ее сооружения было заложено более 100 вертикальных и наклонных стволов. Некоторые из них были глубиной более 100 м.

Большое развитие, так же как и геодезия, получило маркшейдерское дело в Древней Греции. Применявшиеся в то время способы съемок горных выработок заключались в различных промерах, провешиваниях, построении цепи геометрически правильных фигур, например, тождественных треугольников, на поверхности и под землей, при помощи которых осуществлялась ориентировка подземных выработок.

Крушение Римской империи, а с ней и античного мира привело к падению в странах Европы и Северной Африки науки и культуры на долгие годы.

Следующий существенный этап в развитии маркшейдерско-гео-дезического обеспечения народного хозяйства начался в XVI в., когда в горном деле стали использовать приборы с магнитной стрелкой. В этот период известным немецким ученым Агриколой (1494—1555 гг.) был издан труд «О горном деле и металлургии», в котором пятая глава посвящена описанию съемок горных выработок как с помощью компаса, так и другими методами. В частности, им описан способ определения необходимых глубины шахты и длины штольни при помощи шнура и отвесов.

В Германии в XVI—XVII вв. создаются вначале компас с визирным приспособлением, затем подвесная буссоль, которая совместно с подвесным полукругом в течение многих веков была одним из наиболее распространенных маркшейдерских инструментов.

Существенный этап в развитии геодезии начинается с XVII в., и связан он, главным образом, с изобретением астрономической трубы, уровня, верньера и дальномера. В геодезии первыми инструментами, использующими оптическую трубу, были нивелиры (вторая половина XVII в.). Теодолиты с оптическими трубами впервые появились в Германии в конце XVII в.

К концу XVII в. относится создание триангуляции, в которой при помощи построенных на местности сетей треугольников определяют положение опорных геодезических пунктов. Триангуляция до сих пор остается одним из способов высокоточного получения координат опорных точек, расположенных на земной поверхности.

В XVIII—XIX вв. были выполнены большие геодезические работы, имеющие важное значение для определения размеров Земли. В этот период производится определение размеров земного сфероида Деламбером (1800), Бесселем (1841), Кларком (1880).

Для съемки горных выработок в XIX в. стали применяться теодолиты и нивелиры, появились ориентир-буссоль, зеркальная буссоль, проектировочные тарелочки, были изготовлены длинные ленты для измерения глубины стволов шахт. Внедрение в маркшейдерское дело новой техники вызвало появление специальной маркшейдерской литературы. В 1851 г. выходят книги Вейсбаха «Новое маркшейдерское искусство», Борхерса «Практическое маркшейдерское искусство» (1869 г.). В частности, в книге Вейсбаха приведены сведения о приборах для автоматической центрировки теодолитов и сигналов, приспособлениях для примыкания к отвесам и пр.

В маркшейдерской науке с XVIII в. начинает развиваться важное для горной промышленности направление — теория и практика сдвижения горных пород. Особенно серьезно вопросы сдвижения горных пород начинают изучаться со второй половины XIX в., в результате чего появилась теория нормалей, выдвинутая Туалье в 1838 г., а затем Гоно в 1858 г., по которой сдвижение подработанной толщи развивается по нормалям к пласту. Затем в 1885 г. появилась теория купола, предложенная Файолем, основная идея которой заключалась в том, что зона сдвижения пород ограничивается куполообразным пространством. В конце прошлого столетия появились работы Джигинского, в которых отмечалось, что на процесс сдвижения влияют мощность залежи, угол падения залежи, глубина разработок, свойства налегающих пород.

В силу целого ряда причин, связанных с развитием промышленности и сельского хозяйства, орошения и осушения земель, ростом городов и пр., в XIX в. перед геодезией были выдвинуты новые задачи, связанные с созданием достаточно подробных и точных топографических карт крупного масштаба. К этому времени относится разработка тахеометрической съемки, совершенствование метода нивелирования, предъявляются серьезные требования к геодезии в инженерном строительстве, к геодезическим приборам.

В нашей стране первое горное законодательство, включающее и вопросы маркшейдерского дела, было составлено в 1734 г. В. Н. Татищевым.

По законодательству маркшейдеры были обязаны:

1. иметь правильные плоские чертежи каждой рукописи с отражением на них условий залегания, всех особенностей разработки рудника и пополнением их своевременно новыми работами;
2. пополнять и исправлять общие планы данного округа по правилам, изложенным в особой инструкции Академии наук. В 1763 г. М. В. Ломоносовым была издана книга «Об измерении рудников» — первая в нашей стране работа, в которой обстоятельно излагались все вопросы маркшейдерского дела того времени.

В 1847 г. профессор Петербургского горного училища П. А. Олы-шев (1817—1896 гг.) опубликовал учебник «Маркшейдерское искусство». В нем автор описал разработанный им теодолит с вне-центренной трубой, нивелир и методику вычисления координат пунктов теодолитных ходов и дал аналитическое решение задачи о проведении выработки встречными забоями. Внедрение в маркшейдерскую практику теодолитной съемки и составление планов по координатам имели большое значение для дальнейшего развития техники и методики подземных съемок.

Определенный вклад в развитие маркшейдерского дела в России был сделан проф. Г. А. Тиме (1831 — 1910 гг.). Крупный этап в развитии отечественного маркшейдерского дела связан с деятельностью проф. В. И. Баумана (1867—1923 гг.), научная и производственная деятельность которого была исключительно плодотворной и разносторонней. Им проведены крупные организационно-технические мероприятия, под его руководством и при непосредственном участии в Донбассе была создана триангуляция, в результате чего были получены условия для съемки в единой системе координат.

Послеоктябрьский этап развития геодезии и маркшейдерского дела охарактеризовался их бурным развитием в нашей стране. Сразу же после гражданской войны состоялся Всероссийский съезд маркшейдеров (1921 г.), в решениях которого были даны рекомендации по восстановлению горнорудной и угольной промышленности и поставлены задачи в этой области перед маркшейдерами. В 1925 г: в г. Харькове проводится съезд маркшейдеров юга России, в г. Свердловске — маркшейдеров Урала, в г. Томске — маркшейдеров Сибири. В 1929 г. проводится Первая всесоюзная маркшейдерская конференция.

Большую роль в развитии маркшейдерского дела в нашей стране сыграло создание по решению Первого Всесоюзного маркшейдерского съезда (1932 г.) Центрального научно-исследовательского маркшейдерского бюро, преобразованного в дальнейшем во Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (ВНИМИ).

Еще в дореволюционные годы началась производственная и научная деятельность проф. И. М. Бахурина (1880—1940 гг.), разработавшего ряд вопросов по теории погрешностей, способу наименьших квадратов и их использованию при оценке точности и уравнивании маркшейдерских съемок. Им был издан в 1932 г. «Курс маркшейдерского искусства», ставший настольной книгой маркшейдеров. По инициативе И. М. Бахурина были организованы широкие инструментальные наблюдения за сдвижением горных пород. Большая заслуга в развитии маркшейдерского дела принадлежит П. К. Соболевскому (1868—1949 гг.). С его именем и именем его ученика проф. П. А. Рыжова (1903—1974 гг.) связано появление нового направления в маркшейдерском деле — геометрии недр. Вклад в развитие маркшейдерского дела внес Д. Н. Ог-лоблин (1905—1968 гг.), посвятивший многие свои работы теории и практике маркшейдерских работ.

Еще по инициативе И. М. Бахурина в нашей стране были начаты систематические наблюдения за сдвижением земной поверхности. Итоги натурных исследований нашли отражение в ряде крупных работ. В 1947 г. проф. С. Г. Авершин опубликовал монографию «Сдвижение горных пород при подземных разработках», в которой отражены результаты исследований процесса сдвижения, в ней был дан метод предрасчета элементов сдвижения поверхности.

В наше время происходит дальнейшее развитие как геодезии, так и маркшейдерского дела. Особенно большие изменения произошли в последние два-три десятилетия, совпавшие с общим ускорением научно-технического прогресса. Создаются принципиально новые приборы, совершенствуются старые, внедряются новые методы маркшейдерско-геодезических измерений. Дальнейшее развитие получили геодезические работы по всем направлениям — от имеющих научное направление (уточнение формы и размеров Земли, наблюдения в сейсмически активных районах) до работ практического значения. Изучение размеров и формы Земли, ее внешнего гравитационного поля проводится с использованием комплексных исследований: наблюдений за искусственными спутниками Земли, а также астрономических и астрономо-гравиметрических измерений. Почти во всех сейсмически активных районах планеты заложены геодезические полигоны, на которых получают данные о движении земной коры, позволяющие решать ряд проблем геодинамики Земли. Повышение точности геодезических измерений позволило выполнить более сложные задачи, связанные с изучением кинематических предвестников землетрясений как во времени, так и в пространстве, что должно послужить основой для создания системы геодезического обеспечения прогноза землетрясений.

Прогресс в развитии топографо-геодезических работ и картографического производства связывается непосредственно с использованием космической техники. Резко возрастающие потребности народного хозяйства в перспективе невозможно осуществить без съемок из космоса. Возможности уже созданной космической бортовой аппаратуры таковы, что получаемая с орбиты видеоинформация по своей разрешающей способности позволяет создать большинство карт установленного масштабного ряда. Таким образом, созданы условия прямого составления карт из космоса в широком диапазоне масштабов.

Дальнейшее развитие получает картографирование шельфа морей и океанов. Поверхность дна моря изображается в единой системе координат и высот. Для съемки морского дна созданы современные технические средства, позволяющие получать фотокарты и фотопланы морского дна, аналогичные фотопланам аэрофотосъемки.