基于橢球擬合的礦用鉆孔測斜儀羅差快速校準方法

作者：王小龍,燕斌

摘要：工作面地質透明化是煤礦井下工作面智能開采的關鍵技術之一,透明化工作面所需地質信息的采集依賴礦井地球物理勘探、礦井鉆探、隨采監測及回采揭露.煤礦井下各種鉆孔的軌跡數據是建立精準地質模型的基礎數據,采用礦用鉆孔測斜技術可以獲得鉆孔軌跡數據.目前礦用鉆孔測斜儀均采用基于地磁場和重力場測量的測斜技術,即采用三軸磁強計和三軸加速度計組成硬件系統,采用泊松模型建模加速度計和磁強計的誤差源,利用無磁轉臺多位置標定法求解誤差系數進行誤差補償,通常可以保證令人滿意的測量精度.然而,礦用鉆孔測斜儀在煤礦井下復雜的硬磁和軟磁環境中長期使用,會導致磁強計的羅差發生變化從而測量精度下降,考慮到經濟和時間等成本,礦用鉆孔測斜儀的快速校準變得必要而迫切.由于加速度計誤差系數不受磁影響,無需二次校準,礦用鉆孔測斜儀校準問題就變成三軸磁強計的羅差校準問題.為實現三軸磁強計的羅差校準,從描述硬磁和軟磁干擾的泊松模型出發,分析了含有誤差的測量值Hbm與真實磁場向量Hb之間的關系,推導了利用橢球擬合實現磁強計誤差補償的具體算法,開發了礦用測斜儀地面快速校準裝置,并進行了數值模擬和實驗驗證.數值模擬表明該算法準確、可信,實驗結果表明借助于該校準裝置和誤差補償算法無需依賴專用的無磁轉臺就可以方便、快捷地實現測斜儀的自動校準.采用該方法校準后測斜儀的誤差從2.8°降低到0.9°以內,即使在大傾角情況下也能保持較好的精度,可靠地保障了煤礦井下鉆孔軌跡測量的準確性.

發文機構：中煤科工集團西安研究院有限公司

關鍵詞：地磁測量測斜儀羅差誤差補償橢球擬合Geomagnetic measurementInclinometerMagnetic deviationError compensationEllipsoid fitting

分類號： P631[天文地球—地質礦產勘探]