煤矿井下随钻测斜仪误差联合校正方法
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Keywords: MWD inclinometer in underground coal mine; joint correction; the error compensation correction; pitch angle; azimuth angle
煤矿井下钻探技术在采集地层、构造、水文地质 资料等地质钻孔以及探放水、抽采瓦斯等措施钻孔中 有着广泛的应用。为检验钻孔轴迹，一定比例的钻孔 在钻进时配备随钻测斜仪实时测量钻孔的姿态角等参 数，以掌握钻孔轴迹，但是随钻测斜仪姿态测量模块 中的传感器由于工艺及安装技术等问题，导致测量姿 态角参数存在误差，无法精确地测绘钻孔轴迹。
QIAO Meiying1, WANG Bo1, XIAO Xuejun2, XU Chengkuan1, YAN Shuhao1
(1. School of Electrical Engineering and Automation, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China; 2. Fourth Geological Team, Hebei Provincial Bureau of Coal Geology, Zhangjiakou 075100, China)
第 48 卷 第 2 期 2020 年 4 月
煤田地质与勘探 COAL GEOLOGY & EXPLORATION
Vol. 48 No.2 Apr. 2020
文章编号: 1001-1986(2020)02-0202-07
煤矿井下随钻测斜仪误差联合校正方法
乔美英 1，王 波 1，肖学军 2，许城宽 1，闫书豪 1
Abstract: In order to reduce the error of measuring the drilling attitude angle parameter of MWD inclinometer in coal mine, a mathematical model of error compensation based on recursive least squares was established, the joint correction method of ellipsoid fitting method, dot product invariance method and rotation plane fitting method were used in the error compensation correction for MWD inclinometer. Numerical simulation experiment and double-axis turntable experiment were carried out on the developed MWD inclinometer, error compensation correction of experimental data was conducted with joint correction method, the maximum absolute errors of pitch angle and azimuth angle before correction are 4.7° and 5.1°, after correction are 0.8° and 0.9°, the corrected measurement accuracy meets the requirements of MWD inclinometer. Experimental results show that this method can be used to effectively compensate the error correction of MWD inclinometer in underground coal mine.
随钻测斜仪姿态测量模块由三轴加速度计和三 轴磁强计传感器组合而成[1]，为了获得精确的钻孔测
量参数，必须要对传感器进行数据校正。研究传感器 校正方法较多，郝东等[2]采用赫姆霍兹线圈校正磁强 计，代刚[3]采用离心机校正加速度计，这两种方法的
校正精度高，而且建模简单，但是需要提供高精度的 仪器，实验环境也难以提供。郭卫等[4]建立基于 BP
进行误差补偿校正。对研发的随钻测斜仪进行数值仿真和双轴转台实验，用联合校正方法对实验 数据进行误差补偿校正，校正前俯仰角和方位角的最大绝对误差分别为 4.7°和 5.1°， 校正后为 0.8°和 0.9°，校正后测量精度满足随钻测斜仪要求。实验结果表明，该方法
可以对煤矿井下随钻测斜仪进行有效的误差补偿校正。
关 键 词：煤矿井下随钻测斜仪；联合校正；误差补偿源自正；俯仰角；方位角移动阅读
中图分类号：TE243 文献标志码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.02.030
Joint correction method of errors of MWD inclinometer in underground coal mine
(1. 河南理工大学 电气工程与自动化学院，河南 焦作 454000；
2. 河北省煤田地质局第四地质队，河北 张家口 075100)
摘要: 为降低煤矿井下随钻测斜仪随钻测量钻孔姿态角参数的误差，建立基于递推最小二乘的误
差补偿数学模型，采用椭球拟合法、点积不变法和旋转平面拟合法的联合校正方法对随钻测斜仪
收稿日期: 2019-07-16；修回日期: 2019-08-22 基金项目: 国家自然科学基金项目(61573129)；河南省教育厅重点科研项目(16A120004) Foundation item：National Natural Science Foundation of China(61573129)；Key Research Project of Henan Provincial Educational Department(16A120004) 第一作者简介: 乔美英，1976 年生，女，内蒙古乌拉特前旗人，博士，副教授，从事机器学习及时间序列数据分析的研究. E-mail：qiaomy@ 引用格式: 乔美英，王波，肖学军，等. 煤矿井下随钻测斜仪误差联合校正方法[J]. 煤田地质与勘探，2020，48(2)：202–208. QIAO Meiying，WANG Bo，XIAO Xuejun，et al. Joint correction method of errors of MWD inclinometer in underground coal mine[J]. Coal Geology & Exploration，2020，48(2)：202–208.
煤矿井下钻探技术在采集地层、构造、水文地质 资料等地质钻孔以及探放水、抽采瓦斯等措施钻孔中 有着广泛的应用。为检验钻孔轴迹，一定比例的钻孔 在钻进时配备随钻测斜仪实时测量钻孔的姿态角等参 数，以掌握钻孔轴迹，但是随钻测斜仪姿态测量模块 中的传感器由于工艺及安装技术等问题，导致测量姿 态角参数存在误差，无法精确地测绘钻孔轴迹。
QIAO Meiying1, WANG Bo1, XIAO Xuejun2, XU Chengkuan1, YAN Shuhao1
(1. School of Electrical Engineering and Automation, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China; 2. Fourth Geological Team, Hebei Provincial Bureau of Coal Geology, Zhangjiakou 075100, China)
第 48 卷 第 2 期 2020 年 4 月
煤田地质与勘探 COAL GEOLOGY & EXPLORATION
Vol. 48 No.2 Apr. 2020
文章编号: 1001-1986(2020)02-0202-07
煤矿井下随钻测斜仪误差联合校正方法
乔美英 1，王 波 1，肖学军 2，许城宽 1，闫书豪 1
Abstract: In order to reduce the error of measuring the drilling attitude angle parameter of MWD inclinometer in coal mine, a mathematical model of error compensation based on recursive least squares was established, the joint correction method of ellipsoid fitting method, dot product invariance method and rotation plane fitting method were used in the error compensation correction for MWD inclinometer. Numerical simulation experiment and double-axis turntable experiment were carried out on the developed MWD inclinometer, error compensation correction of experimental data was conducted with joint correction method, the maximum absolute errors of pitch angle and azimuth angle before correction are 4.7° and 5.1°, after correction are 0.8° and 0.9°, the corrected measurement accuracy meets the requirements of MWD inclinometer. Experimental results show that this method can be used to effectively compensate the error correction of MWD inclinometer in underground coal mine.
随钻测斜仪姿态测量模块由三轴加速度计和三 轴磁强计传感器组合而成[1]，为了获得精确的钻孔测
量参数，必须要对传感器进行数据校正。研究传感器 校正方法较多，郝东等[2]采用赫姆霍兹线圈校正磁强 计，代刚[3]采用离心机校正加速度计，这两种方法的
校正精度高，而且建模简单，但是需要提供高精度的 仪器，实验环境也难以提供。郭卫等[4]建立基于 BP
进行误差补偿校正。对研发的随钻测斜仪进行数值仿真和双轴转台实验，用联合校正方法对实验 数据进行误差补偿校正，校正前俯仰角和方位角的最大绝对误差分别为 4.7°和 5.1°， 校正后为 0.8°和 0.9°，校正后测量精度满足随钻测斜仪要求。实验结果表明，该方法
可以对煤矿井下随钻测斜仪进行有效的误差补偿校正。
关 键 词：煤矿井下随钻测斜仪；联合校正；误差补偿源自正；俯仰角；方位角移动阅读
中图分类号：TE243 文献标志码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.02.030
Joint correction method of errors of MWD inclinometer in underground coal mine
(1. 河南理工大学 电气工程与自动化学院，河南 焦作 454000；
2. 河北省煤田地质局第四地质队，河北 张家口 075100)
摘要: 为降低煤矿井下随钻测斜仪随钻测量钻孔姿态角参数的误差，建立基于递推最小二乘的误
差补偿数学模型，采用椭球拟合法、点积不变法和旋转平面拟合法的联合校正方法对随钻测斜仪
收稿日期: 2019-07-16；修回日期: 2019-08-22 基金项目: 国家自然科学基金项目(61573129)；河南省教育厅重点科研项目(16A120004) Foundation item：National Natural Science Foundation of China(61573129)；Key Research Project of Henan Provincial Educational Department(16A120004) 第一作者简介: 乔美英，1976 年生，女，内蒙古乌拉特前旗人，博士，副教授，从事机器学习及时间序列数据分析的研究. E-mail：qiaomy@ 引用格式: 乔美英，王波，肖学军，等. 煤矿井下随钻测斜仪误差联合校正方法[J]. 煤田地质与勘探，2020，48(2)：202–208. QIAO Meiying，WANG Bo，XIAO Xuejun，et al. Joint correction method of errors of MWD inclinometer in underground coal mine[J]. Coal Geology & Exploration，2020，48(2)：202–208.