魏家地矿两立井贯通测量方案及精度分析
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94
± M 21 +M 22 +M 22 = 0. 272 m,满足《 煤矿测量规程》 平
误差预计
式中:m 为陀螺定向精度,取仪器精度 ± 20″;ρ 取值
差预计如表 2 所示。
K 点与各导线点的连线在贯通面上的投影长度,可
从贯通测量导线设计图 CAD 软件上量取,取值到
0. 001 m,由三条定向边引起的各导线点在贯通面上
点平面联系测量时,一并进行光电测距三角高程测
量,把联系测量的地表高程基准测设在连接点上,利
用钢尺法进行高程导入。
4) 井下控制测量。 胡嘉权等 [2] 通过应用陀
螺全站仪测量技术,减小了矿山贯通测量的偏差值。
因此,参照陀螺定向技术分别在东二回风立井、主井
井底布置两条定向边,作为井下导线测量的起始边,
图 5 高程联系测量井下竖直方向示意
2. 2. 3 井下控制测量
主井井下 7″级导线用徕卡 TS15 全站仪从中央
名称
Dy2
Dy
图 6 贯通误差预计示意
表 1 Dy 数据
陀螺边 1
7 724 515. 631
2 779. 307
陀螺边 2
85 829. 758
292. 967
陀螺边 3
63 741. 454
到 K 的投影长度平方的和如表 1 所示。
表 2 重要方向误差预计
陀螺边 1
0. 269
陀螺边 2
0. 028
3. 2 贯通相遇点 K 在高程上误差预计
高程误差预计,根据公式(2) :
m h = ±m Δ L
陀螺边 3
0. 024
(2)
式中:m h 为高程预计误差,m;m Δ 为测段路线往返
测高差不符值计算的每公里的高差中误差,m;L 为
回风大巷用于东二采区总回风,设计为半圆拱型断
面岩石巷道,采用炮掘锚网喷支护方式,设计工程量
215. 0 m,断面宽 4. 8 m、高 3. 9 m、方位 314°00′00″、
坡度 - 4‰;东二采区管子道用于安装供水、排水、压
风、注氮管路,于 2019 年 3 月 28 日开始掘进,为半
圆拱型断面岩石巷道,采用炮掘锚网喷支护方式,设
井口上方横档处分别焊接承重钢梁,在钢梁上固定
下放钢丝与钢尺的滑轮,焊接的钢梁要防止移动,固
图 2 井下控制测量线路图
2. 2 贯通方案实施
2. 2. 1 地面控制测量
地面 E 级 GPS 静 态 控 制 网 采 用 5 台 海 星 达
iRTK5 GPS 进行同步观测,每个时段观测时长大于
40 min. 用随机 附 带 的 中 海 达 HGO 软 件 经 基 线 解
级静态 GPS 控制网布设。
通过 GPS 仪器进行同步观测,经基线解算、约
束平差等解算出主井井口近井点“ J1” “ J2”2 个 E 级
GPS 控制点。 地面 GPS 控制网示意如图 1 所示。
图 1 地面 GPS 控制网示意
2) 地面水准测量。 利用 D3 三等水准点作为
起算依据,从东二回风立井井口经简易公路沿铁路
性连测两条边的陀螺定向坐标方位角附合差± 13″,
优于限差要求。
石门的陀螺边 T2、T3 开始,用 T2—T3 的方位为起
始方位、T3 点的坐标为起始坐标,按测回法经过中
央石门、北一轨道石门、东翼轨道下山、东翼 + 900 轨
道大巷、东二轨道石门联巷、 + 900 轨道石门、 管子
道;东二回风立井井底用陀螺边 F1—h1 的方位为
线至主井测设四等水准线路,并在东二回风立井、主
井附近布设四等水准点作为高程基准。
3) 井上下联系测量。 东二回风立井、主井平
面联系测量选用规格为 D2 mm 的钢丝和 60 kg 圆盘
收稿日期:2022
05
16
作者简介:黎伟明(1984-) ,男,甘肃白银人,工程师,从事煤矿防治水技术管理。
向基准边受成巷长度限制只有 17. 5 m,对确保联测
精度不利因素,在管子道口加测一条基准边,经检测
93
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2023 年 3 月 黎伟明:魏家地矿两立井贯通测量方案及精度分析 第 32 卷第 3 期
测量结束后,将钢丝上收,并下放钢尺进行导入高程
测量,井上下同时进行。 下放钢尺稳定后,按图 4、
图 5 形式使用 NA2 水准仪进行高程联系测量。 读
取水准尺上的读数与视线在钢尺上的读数。 在井下
在 T1 点立水 准 尺, 在 T1 点 与 钢 尺 之 间 架 设 水 准
仪,读取水准尺与钢尺上的读数。 高程联系测量独
全站仪、陀螺全站仪等多种测绘仪器和方法,克服了地面井下复杂的作业环境等不利因素,确保了东二采
区管子道高精度贯通。 通过此次大型贯通测量,测量人员增加了工作经验,也为类似贯通测量工程的矿井
提供了参考。
关键词:贯通测量;误差预计;偏差值;陀螺定向
中图分类号:TD175. 5 文献标识码:B 文章编号:10052798(2023)03009204
名称
误差
表 3 高程误差预计
地面水准测量 / m
0. 039
井下三角高程测量 / m
0. 069
因此,K 点在高程上预计中误差 ± 0. 056 m,预
计误差为±0. 112 m,满足《 煤矿测量规程》 高程上的
误差预计小于 0. 2 m 的要求。 通过以上在重要方向
问题探讨
总第 283 期
doi:10. 3969 / j. issn. 1005-2798. 2023. 03. 025
魏家地矿两立井贯通测量方案及精度分析
黎伟明
( 甘肃靖远煤电股份有限公司,甘肃 白银 730910)
摘 要:魏家地煤矿通过误差预计优化贯通设计方案,井上下采用 GPS 卫星定位、光电测距导线测量、防爆
线设计图,比例尺 1 ∶ 500,并在图上建立了坐标系,Y
轴沿巷道走向,标注设计导线点位置。 如图 6 所示。
图 4 高程联系测量地面竖直方向布设示意
3. 1 贯通相遇点 K 在平面上误差预计
X 轴是平面上贯通重要方向,根据已施测方案
共测定三条定向边,为提高贯通精度,分别计算三条
定向边测角误差引起 K 点在 X 方向上的误差预计。
测成果进行了对比分析,数据无误后取水准测量数
据解算东二回风立井井口点高程与主井口 J3 与 J1
点高程。 地面水准控制测量示意如图 3 所示。
2. 2. 2 联系测量
立井联系测量工作分为井口与井底连接测量、
立井井筒联系测量、井下起始边方位角测量即陀螺
定向测量三部分。
1) 井口平面连接测量。 D3 点位于东二回风
起始方位、h1 点的坐标为起始坐标,经 + 980 回风大
巷、 管 子 道, 最 后 在 管 子 道 贯 通, 导 线 全 长
4 023. 54 m.
3 贯通测量误差预计
为了掌握测量方案是否满足巷道贯通测量精度
和施工工程的要求,对巷道贯通点的误差进行预计。
根据《 煤矿测量规程》 要求,绘制了一张贯通测量导
向管子道贯通点布设,由于主井距管子道贯通位置
有约 4 km 远,且巷道布置的限制,从主井到管子道
贯通点西侧的导线有许多短边,所以在管子道口增
加了一条陀螺定向边。 井下控制测量线路图如图 2
所示。
立井联系测量的连接点;主井在 J1 点架设全站仪,
J2 点为后视点,以地面一级导线精度 4 测回测设 J3
设计与东二采区管子道贯通。 为保证巷道贯通精
度,通过优化测量设计方案,进行误差预计 [1] ,同时
采取有效措施控制地面 GPS 测量、井上下联系测量
和井下导线测量的精度,确保了精准贯通。
1 工程概况
东二采区管子道和 + 980 回风大巷由甘肃煤炭
第一工程有限责任公司魏矿项目部施工,其中 + 980
测量路线全长,m.
计算出地面水准测量路线和井下三角高程测量
预计误差如表 3 所示。
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2023 年 3 月 黎伟明:魏家地矿两立井贯通测量方案及精度分析 第 32 卷第 3 期
立井正北山顶上,距东二回风立井约 130 m,与东二
回风立井井口通视良好,作为近井点建立东二回风
定的滑轮要保证位置不会滑动,并在井口地面上固
定下放钢丝和钢尺的小绞车。 当下方下放钢丝后,
经加配重、水筒稳定后,下放信号圈进行钢丝自由悬
挂检查,带钢丝摆动进一步稳定进行观测。 在连接
点上应用 2″级的 SET1130R 全站仪,用测回法进行
中 D3 点位于东二回风立井正北的山顶上,距东二
回风立井一百余米; 主副井工业广场内有一个 F3
控制点,与主副井井口及周围均不通视。 由于该区
域地形复杂,导线测量工作难度大、精度要求高且有
误差积累传播的明显缺点,不宜在地面布设导线测
量控制方案。 周行礼等 [2] 通过应用 GPS 技术确保
了两井间的贯通,因此,地面平面控制测量采用 E
魏家地煤矿位于甘肃省白银市平川区东南约
10 km,生产规模 300 万 t / a,总面积为 21. 20 km 2 ,井
田地处魏家地盆地东南部,盆地多为低矮黄土丘陵
区。 矿井采用立井开拓,中央分列式及对角式混合
通风方式。 为了解决东二采区开采时的通风困难问
题,在矿井东翼新建一回风立井( 东二回风立井) ,
252. 471
把表 1 数据,分别代入误差预计公式(1) :
M=±
m
∑D 2y
ρ
面重要方向上容许误差小于 0. 3 m 的要求。
名称
(1)
206 265″;D 2y 为各导线边在贯通面上到 K 点投影长
度平方的总和,m 2 .
计算出三条定向边引起 K 点在 X 方向上的误
因 此, 由 定 向 边 引 起 的 的 预 计 误 差 总 和 M =
连接角的测量。 在连接点上的水平角观测,仪器每
次对中时转动仪器基座 120 ~ 180°. 连接边用光电测
距,用钢尺丈量大数比长以免出错。 同一边读数互
差不超过±10 mm,测回间互差不超过±15 mm,在一
定的时间间隔连续观测 4~8 个读数,取其平均值作为
观测终值。
3) 井筒高程联系测量。 在井上下平面联系
上、下山巷道,短边多通视距离短等问题。
2 贯通方案设计与实施
2. 1 贯通测量方案设计
为了提高巷道贯通质量,对本次测量方案进行
深入的研究对比,并结合矿井实际,制定了以下 4 种
92
方案。
1) 地面 GPS 控制网布设。 东二回风立井周
边附近有 D1、D2、D3 三个 D 级 GPS 矿区控制点,其
算、约束平差等解算出主井井口近井点 J1、J2 的平
面坐标。
本次地面四等水准路线测量采用 DSZ1 自动安
平水准仪,共施测水准 4 539. 24 m. 在东二回风立井
侧由于 D3 到东二风井井口地表地形起伏过大,用
光电测距三角高程连测 D3 至井口、转 4 点的高差。
整体测量成果用 GPS 拟合高差进行检核,同时与原
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式砝码的垂球进行投点完成;高程传递在保证精度
要求的前提下,为了提高测量工作效率,在进行连接
点,作为投点与导入高程用的井口连接点。 测量仪
器均采用 2″ +(2 + 2 × 10 -6 ) 精度级的 SET1130R 全站
仪,测回法以两次对中两测回进行 7″级光电测距导
线测量,距离测量时照准目标一次读数一次,读数互
差限差±2 mm.
图 3 地面水准控制测量示意
2) 井底平面连接测量。 在东二回风立井、主
计工程量 326. 5 m,断面宽 3. 6 m、高 3. 2 m、方位
134°00′00″、坡度 + 22°. 两条巷道相向掘进,贯通总
长 约 4 023. 5 m, 贯 通 存 在 着 井 筒 涌 水 量 大
(15 m 3 / h) 、风 速 高 ( 6. 32 m / s) , 且 导 线 多 布 置 在
立进行三次,每次将钢尺升降 10 cm.
4) 陀螺定向测量。 井下基准边坐标方位角
的测定,采用 20″级的索佳 GP1 陀螺全站仪,以中天
法独立定向二次来测定基准边的坐标方位角,定向
前后在地表各测量仪器常数 Δ 两测回,即采用“2 - 2
- 2” 方式来进行方位角测定。 东二回风立井井下定
± M 21 +M 22 +M 22 = 0. 272 m,满足《 煤矿测量规程》 平
误差预计
式中:m 为陀螺定向精度,取仪器精度 ± 20″;ρ 取值
差预计如表 2 所示。
K 点与各导线点的连线在贯通面上的投影长度,可
从贯通测量导线设计图 CAD 软件上量取,取值到
0. 001 m,由三条定向边引起的各导线点在贯通面上
点平面联系测量时,一并进行光电测距三角高程测
量,把联系测量的地表高程基准测设在连接点上,利
用钢尺法进行高程导入。
4) 井下控制测量。 胡嘉权等 [2] 通过应用陀
螺全站仪测量技术,减小了矿山贯通测量的偏差值。
因此,参照陀螺定向技术分别在东二回风立井、主井
井底布置两条定向边,作为井下导线测量的起始边,
图 5 高程联系测量井下竖直方向示意
2. 2. 3 井下控制测量
主井井下 7″级导线用徕卡 TS15 全站仪从中央
名称
Dy2
Dy
图 6 贯通误差预计示意
表 1 Dy 数据
陀螺边 1
7 724 515. 631
2 779. 307
陀螺边 2
85 829. 758
292. 967
陀螺边 3
63 741. 454
到 K 的投影长度平方的和如表 1 所示。
表 2 重要方向误差预计
陀螺边 1
0. 269
陀螺边 2
0. 028
3. 2 贯通相遇点 K 在高程上误差预计
高程误差预计,根据公式(2) :
m h = ±m Δ L
陀螺边 3
0. 024
(2)
式中:m h 为高程预计误差,m;m Δ 为测段路线往返
测高差不符值计算的每公里的高差中误差,m;L 为
回风大巷用于东二采区总回风,设计为半圆拱型断
面岩石巷道,采用炮掘锚网喷支护方式,设计工程量
215. 0 m,断面宽 4. 8 m、高 3. 9 m、方位 314°00′00″、
坡度 - 4‰;东二采区管子道用于安装供水、排水、压
风、注氮管路,于 2019 年 3 月 28 日开始掘进,为半
圆拱型断面岩石巷道,采用炮掘锚网喷支护方式,设
井口上方横档处分别焊接承重钢梁,在钢梁上固定
下放钢丝与钢尺的滑轮,焊接的钢梁要防止移动,固
图 2 井下控制测量线路图
2. 2 贯通方案实施
2. 2. 1 地面控制测量
地面 E 级 GPS 静 态 控 制 网 采 用 5 台 海 星 达
iRTK5 GPS 进行同步观测,每个时段观测时长大于
40 min. 用随机 附 带 的 中 海 达 HGO 软 件 经 基 线 解
级静态 GPS 控制网布设。
通过 GPS 仪器进行同步观测,经基线解算、约
束平差等解算出主井井口近井点“ J1” “ J2”2 个 E 级
GPS 控制点。 地面 GPS 控制网示意如图 1 所示。
图 1 地面 GPS 控制网示意
2) 地面水准测量。 利用 D3 三等水准点作为
起算依据,从东二回风立井井口经简易公路沿铁路
性连测两条边的陀螺定向坐标方位角附合差± 13″,
优于限差要求。
石门的陀螺边 T2、T3 开始,用 T2—T3 的方位为起
始方位、T3 点的坐标为起始坐标,按测回法经过中
央石门、北一轨道石门、东翼轨道下山、东翼 + 900 轨
道大巷、东二轨道石门联巷、 + 900 轨道石门、 管子
道;东二回风立井井底用陀螺边 F1—h1 的方位为
线至主井测设四等水准线路,并在东二回风立井、主
井附近布设四等水准点作为高程基准。
3) 井上下联系测量。 东二回风立井、主井平
面联系测量选用规格为 D2 mm 的钢丝和 60 kg 圆盘
收稿日期:2022
05
16
作者简介:黎伟明(1984-) ,男,甘肃白银人,工程师,从事煤矿防治水技术管理。
向基准边受成巷长度限制只有 17. 5 m,对确保联测
精度不利因素,在管子道口加测一条基准边,经检测
93
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
2023 年 3 月 黎伟明:魏家地矿两立井贯通测量方案及精度分析 第 32 卷第 3 期
测量结束后,将钢丝上收,并下放钢尺进行导入高程
测量,井上下同时进行。 下放钢尺稳定后,按图 4、
图 5 形式使用 NA2 水准仪进行高程联系测量。 读
取水准尺上的读数与视线在钢尺上的读数。 在井下
在 T1 点立水 准 尺, 在 T1 点 与 钢 尺 之 间 架 设 水 准
仪,读取水准尺与钢尺上的读数。 高程联系测量独
全站仪、陀螺全站仪等多种测绘仪器和方法,克服了地面井下复杂的作业环境等不利因素,确保了东二采
区管子道高精度贯通。 通过此次大型贯通测量,测量人员增加了工作经验,也为类似贯通测量工程的矿井
提供了参考。
关键词:贯通测量;误差预计;偏差值;陀螺定向
中图分类号:TD175. 5 文献标识码:B 文章编号:10052798(2023)03009204
名称
误差
表 3 高程误差预计
地面水准测量 / m
0. 039
井下三角高程测量 / m
0. 069
因此,K 点在高程上预计中误差 ± 0. 056 m,预
计误差为±0. 112 m,满足《 煤矿测量规程》 高程上的
误差预计小于 0. 2 m 的要求。 通过以上在重要方向
问题探讨
总第 283 期
doi:10. 3969 / j. issn. 1005-2798. 2023. 03. 025
魏家地矿两立井贯通测量方案及精度分析
黎伟明
( 甘肃靖远煤电股份有限公司,甘肃 白银 730910)
摘 要:魏家地煤矿通过误差预计优化贯通设计方案,井上下采用 GPS 卫星定位、光电测距导线测量、防爆
线设计图,比例尺 1 ∶ 500,并在图上建立了坐标系,Y
轴沿巷道走向,标注设计导线点位置。 如图 6 所示。
图 4 高程联系测量地面竖直方向布设示意
3. 1 贯通相遇点 K 在平面上误差预计
X 轴是平面上贯通重要方向,根据已施测方案
共测定三条定向边,为提高贯通精度,分别计算三条
定向边测角误差引起 K 点在 X 方向上的误差预计。
测成果进行了对比分析,数据无误后取水准测量数
据解算东二回风立井井口点高程与主井口 J3 与 J1
点高程。 地面水准控制测量示意如图 3 所示。
2. 2. 2 联系测量
立井联系测量工作分为井口与井底连接测量、
立井井筒联系测量、井下起始边方位角测量即陀螺
定向测量三部分。
1) 井口平面连接测量。 D3 点位于东二回风
起始方位、h1 点的坐标为起始坐标,经 + 980 回风大
巷、 管 子 道, 最 后 在 管 子 道 贯 通, 导 线 全 长
4 023. 54 m.
3 贯通测量误差预计
为了掌握测量方案是否满足巷道贯通测量精度
和施工工程的要求,对巷道贯通点的误差进行预计。
根据《 煤矿测量规程》 要求,绘制了一张贯通测量导
向管子道贯通点布设,由于主井距管子道贯通位置
有约 4 km 远,且巷道布置的限制,从主井到管子道
贯通点西侧的导线有许多短边,所以在管子道口增
加了一条陀螺定向边。 井下控制测量线路图如图 2
所示。
立井联系测量的连接点;主井在 J1 点架设全站仪,
J2 点为后视点,以地面一级导线精度 4 测回测设 J3
设计与东二采区管子道贯通。 为保证巷道贯通精
度,通过优化测量设计方案,进行误差预计 [1] ,同时
采取有效措施控制地面 GPS 测量、井上下联系测量
和井下导线测量的精度,确保了精准贯通。
1 工程概况
东二采区管子道和 + 980 回风大巷由甘肃煤炭
第一工程有限责任公司魏矿项目部施工,其中 + 980
测量路线全长,m.
计算出地面水准测量路线和井下三角高程测量
预计误差如表 3 所示。
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立井正北山顶上,距东二回风立井约 130 m,与东二
回风立井井口通视良好,作为近井点建立东二回风
定的滑轮要保证位置不会滑动,并在井口地面上固
定下放钢丝和钢尺的小绞车。 当下方下放钢丝后,
经加配重、水筒稳定后,下放信号圈进行钢丝自由悬
挂检查,带钢丝摆动进一步稳定进行观测。 在连接
点上应用 2″级的 SET1130R 全站仪,用测回法进行
中 D3 点位于东二回风立井正北的山顶上,距东二
回风立井一百余米; 主副井工业广场内有一个 F3
控制点,与主副井井口及周围均不通视。 由于该区
域地形复杂,导线测量工作难度大、精度要求高且有
误差积累传播的明显缺点,不宜在地面布设导线测
量控制方案。 周行礼等 [2] 通过应用 GPS 技术确保
了两井间的贯通,因此,地面平面控制测量采用 E
魏家地煤矿位于甘肃省白银市平川区东南约
10 km,生产规模 300 万 t / a,总面积为 21. 20 km 2 ,井
田地处魏家地盆地东南部,盆地多为低矮黄土丘陵
区。 矿井采用立井开拓,中央分列式及对角式混合
通风方式。 为了解决东二采区开采时的通风困难问
题,在矿井东翼新建一回风立井( 东二回风立井) ,
252. 471
把表 1 数据,分别代入误差预计公式(1) :
M=±
m
∑D 2y
ρ
面重要方向上容许误差小于 0. 3 m 的要求。
名称
(1)
206 265″;D 2y 为各导线边在贯通面上到 K 点投影长
度平方的总和,m 2 .
计算出三条定向边引起 K 点在 X 方向上的误
因 此, 由 定 向 边 引 起 的 的 预 计 误 差 总 和 M =
连接角的测量。 在连接点上的水平角观测,仪器每
次对中时转动仪器基座 120 ~ 180°. 连接边用光电测
距,用钢尺丈量大数比长以免出错。 同一边读数互
差不超过±10 mm,测回间互差不超过±15 mm,在一
定的时间间隔连续观测 4~8 个读数,取其平均值作为
观测终值。
3) 井筒高程联系测量。 在井上下平面联系
上、下山巷道,短边多通视距离短等问题。
2 贯通方案设计与实施
2. 1 贯通测量方案设计
为了提高巷道贯通质量,对本次测量方案进行
深入的研究对比,并结合矿井实际,制定了以下 4 种
92
方案。
1) 地面 GPS 控制网布设。 东二回风立井周
边附近有 D1、D2、D3 三个 D 级 GPS 矿区控制点,其
算、约束平差等解算出主井井口近井点 J1、J2 的平
面坐标。
本次地面四等水准路线测量采用 DSZ1 自动安
平水准仪,共施测水准 4 539. 24 m. 在东二回风立井
侧由于 D3 到东二风井井口地表地形起伏过大,用
光电测距三角高程连测 D3 至井口、转 4 点的高差。
整体测量成果用 GPS 拟合高差进行检核,同时与原
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2023 年 3 月 黎伟明:魏家地矿两立井贯通测量方案及精度分析 第 32 卷第 3 期
式砝码的垂球进行投点完成;高程传递在保证精度
要求的前提下,为了提高测量工作效率,在进行连接
点,作为投点与导入高程用的井口连接点。 测量仪
器均采用 2″ +(2 + 2 × 10 -6 ) 精度级的 SET1130R 全站
仪,测回法以两次对中两测回进行 7″级光电测距导
线测量,距离测量时照准目标一次读数一次,读数互
差限差±2 mm.
图 3 地面水准控制测量示意
2) 井底平面连接测量。 在东二回风立井、主
计工程量 326. 5 m,断面宽 3. 6 m、高 3. 2 m、方位
134°00′00″、坡度 + 22°. 两条巷道相向掘进,贯通总
长 约 4 023. 5 m, 贯 通 存 在 着 井 筒 涌 水 量 大
(15 m 3 / h) 、风 速 高 ( 6. 32 m / s) , 且 导 线 多 布 置 在
立进行三次,每次将钢尺升降 10 cm.
4) 陀螺定向测量。 井下基准边坐标方位角
的测定,采用 20″级的索佳 GP1 陀螺全站仪,以中天
法独立定向二次来测定基准边的坐标方位角,定向
前后在地表各测量仪器常数 Δ 两测回,即采用“2 - 2
- 2” 方式来进行方位角测定。 东二回风立井井下定