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上海昌吉测斜仪误差源分析

[导读]由于煤矿井下钻孔多数为近水平钻孔,构成钻孔轨迹的基本要素包括深度、方位角、倾角及工具面向角。对于普通回转钻进而言只需要确定方位角、倾角,而对于定向钻进需要确定方位角、倾角及工具面向角。上海昌吉地质仪器有限公司总结了一下几点,大家可以做个参考

主要的误差源有三个方面:(1)器件误差(2)安装误差(3)硬铁及软铁干扰造成的磁罗差。首先,加速度计和磁强计的器件误差主要包括零偏误差、刻度系数误差及温度漂移误差。另一个主要的误差源是安装误差,即传感器各个敏感轴的不正交以及敏感轴与钻具坐标轴不重合引入的误差,由于机械加工和装配水平的限制,不正交和不重合的误差总是存在,只有进行结构误差的校正与补偿(付旭等,2008;徐斌等,2015),才能有效控制安装误差的大小,保证仪器测量精度。对于磁强计,周围磁性材料(硬磁效应和软磁效应)造成的磁罗差会对测量结果引入较大的误差。对于磁强计当未收到周围磁场干扰时,将其在水平面内均匀旋转一周,得到的数据轨迹是一个以原点为圆心的圆。但如果周围存在干扰磁场,实际得到的数据轨迹并非理想的圆。硬铁干扰磁场造成圆轨迹的圆心偏离原点,软铁干扰磁场使得圆轨迹变成一个椭圆,必须对发生圆心偏离和椭圆效应的轨迹进行补偿,得到理想的圆轨迹。刘书桂等(2002)给出一种基于最小二乘原理的椭圆误差评价方法,龙礼等(2017)提出利用递推最小二乘法进行地磁测量误差补偿的在线校正方法,吕辰等(2018)提出一种结合遗忘滤波的递推最小二乘法在线补偿方法,以抑制非平稳磁场干扰造成的方位角误差。由于椭圆拟合法局限于二维平面无法对三维空间的磁场信息进行校正,Fang J C等(2010), 孙伟等(2018)给出了基于椭球拟合的地磁测量误差校正方法,通过建立误差模型,利用椭球拟合估计出椭球方程系数,进而获得校正后的磁场强度值。在实际使用中,为了不影响地磁场的测量,基于磁强计和加速度计的测传感器仪周围不能有磁性材料的存在,故通常将测斜装置安装在一段无磁钻铤内部。此外,为了减小或消除前、后的钢制钻具对无磁钻铤内测斜装置的影响,通常在无磁钻铤前后还需要再加装一系列的无磁钻具(前、后无磁钻具长度均为3 m或6 m)。煤矿井下由于特殊的工况环境,对于无磁钻具的材料选择具有很大局限性。目前,只能采用铍铜或无磁不锈钢作为无磁钻具的材料,不论铍铜或无磁不锈钢,其材料成本昂贵、加工难度大且由于强度不如钢制钻具导致测量装置及前端的钻具存在掉钻的安全隐患。如果能在保证测量精度的前提下,抛掉前、后的无磁钻具,则既提高了仪器装置在孔内测量的安全性,又节约了前、后无磁钻具的成本。基于这一目的,本文提出了借助于当地地磁场信息对方位角测量结果进行校正,以消除或减小铁磁钻具对方位角测量的影响。这种校正方法的应用基础是认为铁磁钻具造成的干扰磁场具有特定的方向性,即仅仅沿着钻具轴线方向,而在其他方向没有分量。这一认识在理论上或实际中都是合理的,原因在于造成干扰磁场的前、后铁磁钻具不仅是轴线对称的,而且相对钻孔轴线上的测量点较远。上海昌吉地质仪器有限公司拥有着几十年的研发制造经验,生产的测斜仪上海昌吉JJX-3A1数字测斜仪上海昌吉JTL-40FR无线光纤陀螺测斜仪等都是热销产品,更多测斜仪请点击:http://www.shchangji.cn/search/search.htm?search=%B2%E2%D0%B1%D2%C7 http://www.shchangji.cn/search/search.htm?search=%B2%E2%D0%B1%D2%C7

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