受控定向鉆進測量系統(tǒng)三維校正問題研究.pdf

1、r ——分類號：U I ) c ：學(xué)校代碼： 璺墨墨Q 魚密 級：碩士學(xué)位論文受控定向鉆進測量系統(tǒng)三維校正問題研究T h e P r o b l e m o f T h I ．e e - d i m e n s i o n a lE r r o r C o r r e c t i I l g f o r C o n t r o U e dD i r e c t i o n a l D I ．i m n g導(dǎo)煤炭科學(xué)研究總院2 0 0 8

2、 年5 月煤炭科學(xué)研究總院碩士學(xué)位論文Ⅲ| l l f I f f f I I f I l | I l I l 『l I l l i i ㈣J J I I 『Ⅲ咖Y 1 8 5 3 7 7 7摘 要目前煤礦坑道鉆探正由無控鉆進向受控定向鉆進發(fā)展，涉及煤礦安全的順煤層瓦斯抽放長鉆孔和底板加固、注漿堵水等技術(shù)工藝，都需要定向鉆進技術(shù)的支持。為了提高瓦斯抽放效率和注漿堵水效果，對鉆孔軌跡在地下空間的定位精度要求越來越高。如果測斜裝備不能提供準(zhǔn)

3、確有效的定位參數(shù)，鉆孔便無法按照設(shè)計到達目標(biāo)位置，將極大的降低瓦斯抽放或注漿堵水的效果，甚至可能發(fā)生由于失控而造成的卡鉆、斷鉆等事故，帶來巨大的經(jīng)濟損失，甚至威脅施工人員的安全。提高定向鉆進測量系統(tǒng)的精度、研究多種誤差及其校正方法，是保證定向鉆進技術(shù)的關(guān)鍵。論文依托國家“十五”科技攻關(guān)計劃項目中的“煤礦井下瓦斯抽放長鉆孔施工裝備及工藝的改進完善”專題和國家發(fā)改委重大產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)專項“煤礦井下千米瓦斯抽放鉆孔施工裝備及工藝技術(shù)開發(fā)“ 的研

4、究工作，在對國內(nèi)外測斜技術(shù)的研究發(fā)展現(xiàn)狀進行調(diào)研、分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)井下鉆進導(dǎo)向的實際需求，針對基于半導(dǎo)體加速度傳感器和磁阻傳感器的隨鉆定向測量系統(tǒng)，開展了相應(yīng)的理論研究、計算方法研究和誤差分析研究，提出了一系列誤差校正方法，有效提高了系統(tǒng)精度。論文具體介紹了當(dāng)前國內(nèi)外測斜技術(shù)及空間定位方法的研究現(xiàn)狀，介紹了系統(tǒng)的測量原理和空間定位計算方法，并結(jié)合總體設(shè)計方案，闡明了隨鉆定向測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，并對傳感器進行了詳細(xì)介紹；針對系統(tǒng)中可能產(chǎn)

5、生誤差的原因進行了詳細(xì)分析，提出了相應(yīng)的補償方案。依照該方案，從硬件和軟件兩方面對測量系統(tǒng)進行誤差校正?？紤]到方位角測量環(huán)境的特殊性，經(jīng)過對幾種材料的分析比較，選擇鈹銅作為測量探管支架及外管的材料；對傳感器的安裝結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計，力求使安裝調(diào)試后的機械誤差最?。横槍Π雽?dǎo)體磁阻傳感器，設(shè)計了置位／復(fù)位硬件電路，解決了由于傳感器自身磁累積或磁偏置帶來的系統(tǒng)誤差；針對硬件上難以糾正的傳感器敏感軸不正交和不重合角問題，提出基于變量輪換法和單純

6、形加速法的優(yōu)化算法，實現(xiàn)對偏差角度的補償；針對環(huán)境磁場對磁阻傳感器的干擾，采用導(dǎo)航系統(tǒng)中常用的磁羅盤誤差補償方法，即最小二乘八位置補償法和最佳橢圓擬合補償法，較好的消除了環(huán)境磁場干擾帶來的誤差。實驗結(jié)果表明，通過采取以上各項措施，經(jīng)過校正后的系統(tǒng)，傾角誤差≤士o ．2 。，工具面向角和方位角誤差≤士1 ．5 0 。隨鉆定向測量系統(tǒng)的抗震性、耐沖擊性和穩(wěn)定性都達到測試要求，數(shù)據(jù)精度也有明顯改善，較好的滿足了井下隨鉆定向測量要求。關(guān)鍵詞：