История горного дела. Геометрия недр

А. В. Гальянов 
ИСТОРИЯ ГОРНОГО  
ДЕЛА 
ГЕОМЕТРИЯ НЕДР  
Монография 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2022
1 

Печатается по решению редакционно-издательского  
совета Уральского государственного 
горного университета 
УДК 622 
ББК 33.12 
Г17 
 
 
 
Рецензенты: 
член-корреспондент РАН (ИГД УрО РАН) Яковлев В. Л.; 
профессор, доктор технических наук (МГГУ) Попов В. Н.; 
кандидат технических наук, главный редактор журнала «Маркшейдерия  
и недропользование» Столчнев В. Г. 
 
 
 
Гальянов, А. В.  
Г17   
История горного дела. Геометрия недр : монография / А. В. Гальянов. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 272 с. : ил., табл. 
 
  
ISBN 978-5-9729-0924-7 
 
Рассмотрены естественно-исторические предпосылки возникновения идеи 
геометрической интерпретации данных геологоразведочных работ в системе 
пространственных координат. Показана неразрывная связь развития наук о Земле с общим направлением развития фундаментальных знаний об окружающем 
мире. Выделены этапы становления и промышленного освоения научной дисциплины в горном деле - геометризации месторождений полезных ископаемых. 
Обозначены ключевые теоретические исследования, составляющие научный 
фундамент геометрии недр и горногеометрического анализа, а также направления современных исследований в связи с бурным развитием электронновычислительной техники.  
Для широкого круга читателей, интересующихся историей наук о Земле. 
Может быть полезно студентам и аспирантам, изучающим горное дело. 
 
УДК 622 
ББК 33.12 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-0924-7 
” Гальянов А. В., 2022 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
 
 
2 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
ПРЕДИСЛОВИЕ 
.......................................................................................................... 5
1. ИСТОРИЧЕСКИЕ ЭТАПЫ ОСВОЕНИЯ ВЕРХНИХ СЛОЕВ
ЛИТОСФЕРЫ ЧЕЛОВЕКОМ .................................................................................... 9
1.1. Недра - источник энергетики жизнеобеспечения цивилизации ................. 9
1.2. Целенаправленный характер освоения недр человеком ............................ 13
1.3. Зарождение геологических представлений о строении Земли  
(до XIX в.) .......................................................................................................... 17
1.4. Становление геологии как науки об историческом развитии Земли  
(XIX-XX вв.) 
...................................................................................................... 25
1.5. Исторические вехи развития горного искусства ........................................ 36
2. ЕСТЕСТВЕННО-ИСТОРИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ
ВОЗНИКНОВЕНИЯ ГЕОМЕТРИИ НЕДР ............................................................. 63
2.1. Авангардные идеи естествознания на пороге ХХ века .............................. 63
2.2. Учение о месторождениях полезных ископаемых  
на рубеже XIX-XX веков ................................................................................. 68
2.3. Становление маркшейдерии как горной инженерной дисциплины 
(до середины XX века) 
...................................................................................... 71
2.4. Научные основы системы маркшейдерских измерений ............................ 88
2.5. Формирование теоретических основ оценки точности результатов 
маркшейдерских измерений 
........................................................................... 104
2.6. Маркшейдерские задачи нового времени (ХХ в.) .................................... 114
2.7. Поле как физическая субстанция ............................................................... 116
2.8. Вернадский В. И. - Соболевский П. К. - идея геохимического поля .... 119
2.9. «Сумасшедшие» идеи XX века о генезисе горных пород ....................... 128
2.10. Учение о способах отработки месторождений полезных  
ископаемых ...................................................................................................... 133 
3. РАЗВИТИЕ ОСНОВ ТЕОРИИ ГЕОХИМИЧЕСКОГО ПОЛЯ 
....................... 142
3.1. Математические действия над поверхностями с числовыми  
отметками 
......................................................................................................... 143
3.2. Принцип относительности в геометрии недр. Загадочный квадрат ....... 146
3.3. Оценка точности геометрических построений методом изолиний ........ 151
3.4. Развитие представлений о геометрической структуре геохимического 
поля в связи с его геометризацией ................................................................ 156
3.4.1. Освоение вероятностно-статистических методов анализа  
данных геологоразведочных работ ............................................................... 157
3 

3.4.2. Совершенствование способов обработки данных разведки  
при геометризации сложноструктурных месторождений ...................... 168
3.4.3. Эвристические подходы к оценке изменчивости показателей 
геохимического поля 
........................................................................................ 171
3.4.4. Идея случайного геохимического поля ................................................ 194
3.4.5. Анализ структуры анизотропного геохимического поля 
................. 195
3.4.6. Шумовая составляющая в формализованной модели  
геохимического поля 
........................................................................................ 204
3.4.7. Спектральное разложение динамических рядов ............................... 205
3.4.8. Характеристика изменчивости показателя  
геохимического поля 
........................................................................................ 210
3.5. Корреляция поверхностей ........................................................................... 214
4. ГЕОМЕТРИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ В ГОРНОМ ДЕЛЕ .................................. 218
4.1. Исторические предпосылки возникновения идеи геометризации 
производственных процессов ........................................................................ 218
4.2. Особенности геометризации процессов в горном деле ........................... 220
4.3. Горное предприятие как сложная динамическая система ....................... 222
4.4. Принцип поточности в динамических системах 
....................................... 224
4.5. Связь геометрических характеристик динамических рядов  
с параметрами его корреляционной функции 
.............................................. 230
4.6. Спектральное разложение потока .............................................................. 232
4.7. Материальный баланс - основа организации горного производства ..... 243
4.8. Технологический резерв как основное условие устойчивого 
функционирования горного предприятия .................................................... 245
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ....................................................................................................... 249
Список использованных литературных источников ........................................... 251
ИМЕННОЙ УКАЗАТЕЛЬ ...................................................................................... 259
4 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
Мир идей является своеобразным  
выражением нужд или тенденций эпох. 
Д. Я. Стройк. Краткий очерк истории 
математики 
Земля, Вода, Огонь и Воздух всегда были объектами восхищения, поклонения и одухотворения с тех самых пор, когда жизненная линия предков современного человека навсегда отделилась от высших приматов. Земля - накормит, 
Вода - утолит жажду, Огонь - согреет, Воздух наполнит грудь живительным 
кислородом. Это среда обитания всего живого (Биосфера), энергетическая субстанция жизнеобеспечения. Что еще нужно для того, чтобы чувствовать себя 
счастливым и ощущать аромат Жизни" Так, видимо, и чувствовал себя человек 
разумный на заре своего становления. Но проходили тысячелетия, численность 
популяции росла, адаптируясь к окружающей среде, человек расширял область 
своего проживания, приобретая знания, сноровку и навыки созидательной деятельности: сучок, палка, камень и огонь, затем каменный топор, молоток и нож 
стали первыми и потому величайшими изобретениями Человека. Они служили 
средствами защиты от хищников и посягательств соседних семей.  
Период дикости в истории человечества заканчивается изготовлением  
и освоением первых орудий труда из камня и палки. Обустройство своего быта 
подтолкнуло человека к использованию свойств лещадности камня, а необходимость защиты от стихии привела к строительству гротов и пещер. Так началась эпоха освоения верхних слоев литосферы. От тысячелетия к тысячелетию 
человек расширяет список используемых пород и их свойств, все глубже проникает в недра, создавая все более совершенные способы и средства извлечения 
минерального сырья. Использование силы одомашненных крупных животных, 
энергии водных потоков и ветра открыли человеку широкие технические возможности в добывании и использовании богатств доступных глубин недр. Вместе с этим человек развивал способность ориентироваться в пространстве  
и времени, наблюдая за изменениями окружающего мирка, расширяя его, 
углубляясь взором в голубую бездну неба и звездную бесконечность. Ориентирование по Солнцу и звездам, оценка расстояния через «время в пути» превратились в опорные знания человека независимо от того, где он проживал, будь 
то экваториальные широты, средние или северные.  
5 

Наряду с изготовлением орудий труда, осознанное восприятие пространства и времени укрепляло положение человека на планете. Горный промысел 
насыщался способами, средствами и знаниями. Революционным этапом следует 
считать изобретение приспособлений для «привязки» горных выработок к ситуации на поверхности, что как бы приоткрыло глаза для того, чтобы лучше 
ориентироваться в кромешной темноте подземелья. От навыков к ремеслу,  
от ремесла к искусству и от искусства к науке - таков исторический путь, который прошло человечество в развитии своих производительных сил и отношений с недрами. Но только в ХХ в. были подготовлены объективные предпосылки для того, чтобы накопленные знания о горном производстве позволили 
сделать качественный скачок в оформлении этих знаний в упорядоченную систему.  
Двадцатый век был революционным в жизни человечества. Наряду с социальными преобразованиями он сопровождался крупными политическими потрясениями, войнами и, конечно, великими научно-техническими достижениями. Все это оказалось возможным благодаря интеллектуальному гению человека, научившегося в борьбе за жизнь покорять недоступные глубины недр и океанов, преодолевшего силы земного притяжения и проникшего в тайны генетического кода. В этом неукротимом стремлении продемонстрировать превосходство рационального знания над стихией человечество пришло в противоречие  
с требованием сбалансированного общения со средой обитания. Биосфера  
и Человечество - вот проблема, порожденная эгоизмом Homo Narcissus и переданная по эстафете поколениям третьего тысячелетия. 
Вторая половина ХХ в. характеризовалась годовым приростом численности населения на Земле около 1,5 . При сохранении этой тенденции можно 
ожидать к концу ХХI в. увеличение численности людей, живущих на Земле,  
в 4,4 раза, что оценивается в 25-28 млрд человек, и этот «демографический 
взрыв» определяет весь комплекс проблем жизнеобеспечения человечества. 
Совершенно очевидно, что только для поддержания достигнутого уровня энергетического баланса, приходящегося на одного жителя планеты, потребуется 
увеличить производство топливно-энергетического комплекса пропорционально росту населения, а производственные мощности еще почти вдвое. 
Наступившее третье тысячелетие продолжит тенденции овладения внутренней энергетикой планеты, предложив свои темпы освоения жизнеобеспечивающего пространства, поскольку первоисточником материального и энергетического потенциала человеческого общества были, есть и будут ресурсы Земли. 
Благоустраивая свой быт, человечество в ХХI в. будет представлять для Природы серьезную опасность, ибо, созидая города, покоряя реки и осваивая Космос, 
оно разрушает Биосферу - неповторимую ауру Жизни. Как и каким путем пойдет развитие человечества, во многом определяется ресурсами недр и техническими средствами, которыми человек пользуется при освоении потребительских свойств и потенциальных возможностей кладовой этих недр. Накопленные 
знания и новые технические идеи будут стимулировать этот процесс; экологические и социальные проблемы при этом относятся к сдерживающим факторам, 
не считаться с которыми - значит поставить под угрозу саму Жизнь на планете. 
6 

Горная наука - область многоплановых знаний, охватить которые невозможно в рамках одной книги. Сложная и потому достойная задача, которая 
стоит перед горной наукой - дать аналитический, соответствующий современным научным представлениям обзор исторического развития научных идей 
в каждой конкретной области горных знаний. Автор взял на себя труд и сделал 
попытку, заглянув в глубь веков, проследить важнейшие этапы развития представлений о недрах в связи с общим развитием интеллекта человечества.  
Ибо только на первый взгляд кажется, что изобретения и открытия делаются 
случайно, неожиданно, как бы невзначай. Научная мысль должна созреть, и созревает она не в одном уме, а в поколении, но лишь немногим удается впитать  
в себя дух времени, обобщить и четко сформулировать ее. 
Эта книга задумана как аналитический экскурс в историю научной дисциплины в горном деле - «Геометрия недр и горногеометрический анализ». 
Лейтмотивом книги служит внутренняя связь мировоззренческих представлений в науке как таковой с теоретическими концепциями отдельных наук  
и научных направлений. Прекрасной иллюстрацией тому служит история 
маркшейдерского дела и геометрии недр, которые без всякого преувеличения 
следует отнести к авангардному направлению в системе точных знаний в горной науке.  
Изложение в книге построено таким образом, чтобы читатель мог проследить общий ход развития горного дела от промысла до науки, но только как 
одного из направлений в общей системе знаний, и потому непосредственно связанного с уровнем развития точных наук, техники и потребностей человечества. 
Открытия всякого рода мы связываем не только и не столько с именем их авторов, которым наука воздает дань первооткрывателей, а Человечество í свою 
благодарность гению или презрение «злому гению», сколько с запросами и потребностями времени, имея в виду общий интеллектуальный потенциал общества и развития производительных сил.  
Маркшейдерское дело возникло и развивалось в полном согласии с потребностями горняков и недропользователей, с развитием геометрии, физики, 
астрономии и геодезии. Геометрия недр могла возникнуть только в ХХ в.  
и только на базе геологических знаний, теоретической физики, маркшейдерского искусства и топографии. Наконец, горногеометрический анализ мы рассматриваем как диалектическое развитие методов геометрии недр в новых исторических условиях развития горного дела и горной науки, которые со всей отчетливостью проявились к середине ХХ в. в связи с бурным развитием горнодобывающих отраслей промышленности. 
Не претендуя на исчерпывающую полноту охвата материала, автор все же 
рассчитывает на то, что его концепция и оценки представят интерес для широкого круга читателей, привлекут внимание специалистов и, может быть, кого-то 
подтолкнут на отчаянную попытку предложить свое видение вопроса.  
В заключение автор выражает свою признательность и благодарность чл.корр. РАН проф. д-ру техн. наук Виктору Леонтьевичу Яковлеву, с которым автора связывает многолетняя работа в ИГД УрО РАН и который оказал определенное влияние на формирование концепции рационального освоения недр 
7 

в современных исторических условиях. Познакомившись в рукописном виде  
с книгой, он сделал целый ряд замечаний, которые позволили улучшить представление материала. Также автор выражает свою благодарность проф. д-ру 
техн. наук Виктору Александровичу Гордееву, поддержку которого автор испытывал во все время работы над книгой. Его знакомство с работой «предвзято 
по-товарищески» позволило избежать целого ряда неточностей и своевременным их исправлением. Автор благодарит Н. А. Барабошкину и Ж. И. Пионтик 
за техническую помощь в подготовке рукописи. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8 

1. ИСТОРИЧЕСКИЕ ЭТАПЫ ОСВОЕНИЯ
ВЕРХНИХ СЛОЕВ ЛИТОСФЕРЫ  
ЧЕЛОВЕКОМ 
…великие выгоды и удобства приобретаются при добыче ископаемых веществ. Разумеется, мы были 
бы лишены этих выгод и удобств, 
если бы не было изобретено людьми горное искусство, совершен- 
но необходимое для рода человеческого. Горное дело приумножает 
достаток честными и достойны- 
ми способами. А вот добыча человека, промышляющего войной, 
по большей части нечестива, ибо 
военная ярость разграбляет и духовные, и светские имущества.  
Г. Агрикола. О горном деле и металлургии, кн. 1.  
1.1. Недра - источник энергетики жизнеобеспечения  
цивилизации 
Род Homo начинает свою историю с того самого периода, когда один из 
видов приматов в силу исторической необходимости приобрел осанку человека 
прямоходящего (homo erectus), что и обеспечило ему прогрессивный и динамичный характер последующего развития. Он научился бегать, держать палку 
в руке, целенаправленно использовать этот первый инструмент - приспособление, совершенствуя его форму и функциональное назначение. Силы челюстей  
и зубов не хватало ему для разделки туш животных и придания необходимой 
формы палке. Нужен был предмет крепкий, удобный для держания в руке и одновременно достаточно весомый для разбиения костей. Произошло первое знакомство человека с осколками горных пород и их осознанное применение, при9 

дание им нужной формы. Зарождение признаков активной формы приспособления к окружающей среде окончательно разделило исторические судьбы приматов и рода Homo: homo habilis (человек умелый) приспосабливался и осваивал окружающий мир, совершенствуя приобретенные навыки и развивая образное мышление; homo sapiens (человек разумный) путем проб и ошибок пришел 
к выводу о том, что далеко не всегда в обломках камней можно найти именно 
тот, который бы отвечал нужным качествам: был бы заостренным, округлым, 
тяжелым, крепким. Он открыл для себя речную гальку, обратил внимание  
на свойства кремня, кварцитов, доломита и нашел их вполне подходящими  
для использования. Правда, для этого над обломком необходимо было поработать, убрать лишнее, найти плоскость скола. 
Наиболее примитивные каменные орудия изготавливались при помощи 
немногих ударов камня о камень. Их появление связывается с развитием охоты, 
поскольку они служили и орудием, и инструментом разделки. Галька кварцевой 
или кварцитовой породы затесывалась на конце с одной стороны (чопперы) или, 
значительно реже, с двух сторон (чоппинги). В результате получался сечковидный рубящий инструмент. Чопперы и чоппинги дали начало рубилам, скребкам, 
остроконечникам, ножам, изготовленным из крупных пластин, приколкам, отбойникам, нуклеусам (заготовки более мелких инструментов). Совершенствование, которое претерпевает камень в руках человека, говорит о непрестанном 
усилии его труда и мысли, которые, подчиняясь логике любопытства, удивления 
и полезности, привели к открытию охры, уже homo habilis умел находить и использовать минерал, воссоздающий краски живой природы. Далеко не всегда 
сырье для изготовления орудий и приспособлений находилось под руками. Археологами обнаружены стойбища homo, расположенные за 3-20 километров  
от мест собирания каменного материала. Развивая способность к созиданию  
и изготовлению орудий труда, отличающихся от заостренных палок или острых 
камней, которые лежат под рукой в готовом виде, жизнь человека умелого стала 
стартовой площадкой на пути к активному взаимодействию с литосферой планеты как источником жизнеобеспечения, жизнедеятельности - колыбели Жизни.  
Что заставило наших предков жить именно так, а не как все приматы" Сегодняшний уровень знаний отводит важное место калорийности пищи и необходимому ее количеству для сохранения и воспроизводства жизни. Переход на 
прямое хождение деформировал у человека многие звериные качества: обоняние и слух значительно снизились; напротив, зрение приобрело объемный стереоэффект и колерантность (способность различать цветовую гамму); он потерял в скорости, ловкости и силе движения, но все это компенсировалось развитием мозга, мышления, сознания, хитрости (обмана), стадность дала начало социальной форме общего проживания, созидания, производства. 
Изменялось функционирование всех внутренних органов, произошли генетические и морфологические изменения в организме, развивалась потребность в разнообразной диете, оседлом образе жизни, в общении и передаче информации голосом, гримасой, жестами. Для поддержания жизни требовалось 
уже более 50 калорий на 1 кг веса. Род homo вступил в неравную бескомпромиссную конкурентную борьбу со всем живым миром, за «место под солнцем». 
10