Изобретение компаса

Трудно сказать, где и когда появился компас впервые. Недавно американские ученые при раскопках мексиканского поселка Сан-Лоренцо нашли обломок магнитного железняка, на котором хорошо видны следы искусственной обработки. После тщательного изучения исследователи сделали вывод, что этому обломку около трех тысяч лет и что он служил частью древнейшего компаса.

Широкое распространение получила китайская легенда о великой победе императора Хуанг-Ти, жившего более трех тысяч лет назад. В сражении он использовал повозку, на которой стояла фигура человека с вытянутой рукой. Фигурка свободно вращалась вокруг вертикальной оси и своей рукой показывала всегда направление на юг. В густом тумане Хуанг-Ти, пользуясь повозкой, вышел в тыл врага, внезапно напал на него и одержал победу. Загадочное свойство фигурки на повозке китайского императора объяснялось тем, что она была снабжена магнитом, который поворачивал фигурку лицом к югу.

Если же перейти от легенды к фактам, то компас значительно «помолодеет». Так, в музее хранится китайский компас, изготовленный по описаниям очевидцев, живших в начале нашей эры. Прибор имеет вид глубокой ложки, изготовленной из магнитного железняка. Ее выпуклая шарообразная часть опирается на латунную пластину. Пластина и шарообразная опора были тщательнейшим образом отполированы. Но и в этом случае "ложка" из-за трения не могла сама устанавливаться по направлению меридиана. Черенок ее показывал на юг только после того, как ложку приводили во вращательное движение и давали возможность "успокоиться".

В Европе также с давних пор использовали для ориентирования магнитный камень, который подвешивали на нити или устанавливали 36 на дощечке, плавающей на поверхности воды. Такой прибор еще в XI в. норвежские рудокопы использовали для прокладки подземных ходов. В 1187 г. английский монах Александр Неккем описал в своем труде устройство, состоящее из намагниченной иглы, продетой сквозь соломинку, которая плавала в воде. Им, как сообщает автор, пользовались моряки для определения стран света, когда небо покрыто тучами и не видно на нем Солнца или звезд. Но они хранили в тайне этот прибор, боясь, что их обвинят в колдовстве.

Конструкция компаса постепенно совершенствовалась. В 1302 г. итальянский ювелир Флавио Джойя скрепил магнитную иглу с бумажным кругом-картушкой, по краю которого нанес градусные деления, а из центра его провел 32 луча, соответствующие определенным направлениям — румбам. Посчитав Джойя изобретателем компаса, благодарные жители Неаполя в 1902 г. соорудили в его честь памятный обелиск.

В течение многих лет компас был основным, а часто и единственным прибором в кораблевождении. Компас надежно указывал путь бесстрашным первопроходцам и вел их к открытиям. Долгое время ученые не могли правильно объяснить загадочное свойство магнитной стрелки — устанавливаться в направлении «север-юг». Они полагали, что причина этого кроется в притяжении северного конца стрелки Полярной звездой. Впервые научное обоснование этого явления было дано в 1600 г. английским ученым В. Гильбертом — придворным лекарем английской королевы. Он намагничивал железные шары и проводил с ними различные опыты. А потом написал сочинение «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле». Так, в 1600 г. люди узнали о магнитном поле Земли. Оно-то и действует на легкую стрелку компаса, устанавливая ее в направлении «север-юг».

Магнитный компас находит применение в маркшейдерской практике (Германия, 1539). Дальнейшее совершенствование компаса в Германии привело к созданию компаса с визирным приспособлением, затем подвесной буссоли, которая в сочетании с подвесным полукругом (для измерения углов наклона линий) длительное время была одним из основных приборов для производства маркшейдерских съемок. Этот инструмент и является прототипом современных подвесных буссолей, до сих пор используемых при производстве маркшейдерских съемок пониженной точности в нарезных и очистных выработках.

В XIX в. в Германии для съемки горных выработок стали широко применяться:

• теодолиты и нивелиры;

• 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. книги Вейсбаха «Новое маркшейдерское искусство», Борхерса «Практическое маркшейдерское искусство» (1869), в которых описаны методика и приборы, применявшиеся в маркшейдерском деле. В частности, в книге Вейсбаха приведены сведения о приборах для автоматической центрировки теодолитов и сигналов, приспособлениях для примыкания к отвесам и пр.

Во второй половине XIX и начале XX вв. были введены в действие хорошо оснащенные по тем временам заводы маркшейдерского приборостроения (Гильдебрана, Феннеля, Цейсса), разработаны методики выполнения маркшейдерских работ и оценки точности и уравнивания маркшейдерских съемок. В это же время были предложены способы соединительных съемок при помощи соединительных треугольников Ганзена, Снеллиуса–Потенота, симметричного примыкания, створа с использованием салазок Вейса; были выполнены исследования по влиянию потоков воздуха на положение шахтных отвесов для ориентировки глубоких стволов (гипотеза Вильского).

В первой половине XX в. началось применение гироскопических инструментов для ориентирования подземных маркшейдерских сетей. Первые попытки ориентирования шахты при помощи гироскопов были выполнены в 1913–1914 гг. в Польше и Германии. В начале 20-х годов в Германии был спроектирован и выпущен маркшейдерский гирокомпас, однако его конструкция оказалась неудачной. Широкое внедрение гироскопического способа ориентирования было начато в ФРГ с 1947 г.

Первые образцы маркшейдерских гироскопов обладали некоторыми недостатками: большие масса и габариты, неустойчивость показаний и т. п. В последние годы в ряде стран (Венгрия, Германия, Великобритания, США и др.) ведутся успешные работы по конструированию гирокомпасов, гиротеодолитов и гиронасадок. Имеются успехи в области применения гиротеодолитов при ориентировании подземных маркшейдерских сетей в Чехословакии, Польше, Венгрии, Канаде, Югославии, Германии.

В послевоенные годы значительное усовершенствование получили и другие инструменты для маркшейдерских съемок, были созданы инструменты, использующие совершенно новые принципы для измерений. Так ряд фирм ГДР, Венгрии, ФРГ, Чехословакии создали теодолиты повышенной точности, нивелиры обычной конструкции и с самоустанавливающейся в горизонтальное положение визирной осью. Усиленно разрабатываются кодовые теодолиты, совершенствуются и создаются новые свето- и радиодальномеры. Большие работы в США и, особенно в ГДР, проведены по созданию инструментов для фотограмметрических съемок на разрезах. В ряде стран фотограмметрия начинает широко внедряться для съемки подземных выработок.

В горной промышленности продолжительное время для маркшейдерских съемок используются лазерные приборы, большая часть которых изготовлена во взрывобезопасном исполнении. Особое преимущество лазеры приобретают при проходке наклонных выработок. В последние годы произошло улучшение в области механизации камеральных работ. Проведено широкое внедрение рядовых настольных электрических вычислительных машин, увеличивается применение специальных программирующих настольных ЭВМ, созданы программы для решения маркшейдерских задач на мощных ЭВМ.

Маркшейдерское дело по существу является информационной наукой, поэтому в нем начинают находить широкое применение автоматические системы сбора, хранения, переработки и передачи информации с использованием различного рода ЭВМ и автоматических устройств.