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摘要
工作面地质透明化是煤矿井下工作面智能开采的关键技术之一,透明化工作面所需地质信息的采集依赖矿井地球物理勘探、矿井钻探、随采监测及回采揭露.煤矿井下各种钻孔的轨迹数据是建立精准地质模型的基础数据,采用矿用钻孔测斜技术可以获得钻孔轨迹数据.目前矿用钻孔测斜仪均采用基于地磁场和重力场测量的测斜技术,即采用三轴磁强计和三轴加速度计组成硬件系统,采用泊松模型建模加速度计和磁强计的误差源,利用无磁转台多位置标定法求解误差系数进行误差补偿,通常可以保证令人满意的测量精度.然而,矿用钻孔测斜仪在煤矿井下复杂的硬磁和软磁环境中长期使用,会导致磁强计的罗差发生变化从而测量精度下降,考虑到经济和时间等成本,矿用钻孔测斜仪的快速校准变得必要而迫切.由于加速度计误差系数不受磁影响,无需二次校准,矿用钻孔测斜仪校准问题就变成三轴磁强计的罗差校准问题.为实现三轴磁强计的罗差校准,从描述硬磁和软磁干扰的泊松模型出发,分析了含有误差的测量值Hbm与真实磁场向量Hb之间的关系,推导了利用椭球拟合实现磁强计误差补偿的具体算法,开发了矿用测斜仪地面快速校准装置,并进行了数值模拟和实验验证.数值模拟表明该算法准确、可信,实验结果表明借助于该校准装置和误差补偿算法无需依赖专用的无磁转台就可以方便、快捷地实现测斜仪的自动校准.采用该方法校准后测斜仪的误差从2.8°降低到0.9°以内,即使在大倾角情况下也能保持较好的精度,可靠地保障了煤矿井下钻孔轨迹测量的准确性.
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