金屬礦地質(zhì)鉆探軌跡測量中的誤差校正方法

張 鑫

（江西有色地質(zhì)勘查五隊，江西 九江 332000）

隨著當(dāng)下經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，金屬礦行業(yè)在市場內(nèi)的發(fā)展已經(jīng)步入“新常態(tài)”發(fā)展階段，金屬礦的地質(zhì)鉆探技術(shù)成為了支撐礦產(chǎn)行業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)[1]。金屬礦地質(zhì)鉆探技術(shù)是進(jìn)行地質(zhì)結(jié)構(gòu)研究、地下水位測量等致災(zāi)或開采的重要手段，結(jié)合當(dāng)下鉆探技術(shù)的發(fā)展，為確保監(jiān)測數(shù)據(jù)或相關(guān)工作人員的安全性，施工中通常使用鉆孔斜側(cè)儀進(jìn)行金屬礦鉆探軌跡的測量，相比傳統(tǒng)的鉆探軌跡測量方法，現(xiàn)代化的軌跡測量儀采用“邊打孔、邊檢測”的方式進(jìn)行鉆探軌跡的測量，有效的提高了鉆探設(shè)備的施工效率，同時可實(shí)時獲取金屬礦的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。采用多位置標(biāo)定的方法提升地質(zhì)鉆探軌跡測量的準(zhǔn)確性，對測量中出現(xiàn)的誤差進(jìn)行有效的校正。以下將結(jié)合金屬礦地址鉆探軌跡測量的工作原理研究，進(jìn)行其對應(yīng)的誤差分析，提出誤差校正的方法。

1 金屬礦地質(zhì)鉆探軌跡測量中的誤差校正方法研究

以下將結(jié)合金屬礦地質(zhì)鉆探軌跡測量設(shè)備的工作原理，進(jìn)行其測量中的誤差分析，構(gòu)建對應(yīng)的誤差模型，提供正確的誤差校正方法。

（1）金屬礦地質(zhì)鉆探設(shè)備主要由方向控制器和探管兩部分構(gòu)成，方向控制器的核心設(shè)備為ARM方向處理器，地質(zhì)鉆探設(shè)備的探管中包含多軸加速度傳感芯片及多軸磁性傳感芯片[2]。

結(jié)合重力場提供的坐標(biāo)，可得出金屬礦在地質(zhì)鉆探軌跡測量中不同角度參數(shù)。具體公式如下所示。

如上述公式所示，為經(jīng)過地質(zhì)鉆探設(shè)備測量后的角度參數(shù)，公式中θ為軌跡測量中設(shè)備的傾角，Ψ為方位角角度，φ為面向角度，G0為空間加速度，GX、GY、GZ分別為磁場坐標(biāo)的三條空間軸線X、Y、Z上的測量點(diǎn)，BX、BY、BZ為磁場坐標(biāo)下在X、Y、Z軸上的測量點(diǎn)，計算單位均為m/s2。由于設(shè)備的空間加速度受到地質(zhì)結(jié)構(gòu)、外界環(huán)境因素的影響較大，以下將結(jié)合鉆探軌跡測量工作原理，進(jìn)行其誤差校正方法的研究。

（2）加速度誤差分析。結(jié)合加速度對軌跡測量造成的影響，進(jìn)行其誤差的分析。軌跡測量的誤差主要來源于零件誤差、設(shè)備安裝誤差、信號處理誤差及溫度等外界環(huán)境影響產(chǎn)生的誤差。零件誤差主要由于鉆探設(shè)備本身的靈敏程度較低，測量時三個空間軸線定位不準(zhǔn)確或原點(diǎn)定位錯誤，導(dǎo)致整體軌跡偏移。信號處理誤差是指相關(guān)工作人員記錄對應(yīng)數(shù)據(jù)時產(chǎn)生的誤差，或設(shè)備反饋給工作人員的鉆探軌跡出現(xiàn)偏差。溫度等外界環(huán)境對軌跡測量造成的偏差是指由于金屬礦所處地理位置較復(fù)雜、天氣環(huán)境較惡劣，在測量中，磁場極易受到天氣環(huán)境的影響，對測量的最終數(shù)據(jù)造成影響。

（3）構(gòu)建加速度誤差校正模型。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展，結(jié)合高性能數(shù)據(jù)處理器及精度較高的AD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片技術(shù)，及現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為數(shù)據(jù)提供的云計算算法，可有效的提升測量中的數(shù)據(jù)處理問題，將信號處理誤差控制在可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。采用大角度（傾度角大于60°）的回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)及全空間測量的方式，構(gòu)建對應(yīng)模型。計算公式如下所示。

如上述公式4所示，為加速度校正模型的對應(yīng)算法公式，公式中ax、ay、az為設(shè)備進(jìn)行金屬礦地質(zhì)鉆探軌跡測量中實(shí)地測量的探管加速數(shù)值，計算單位為m/s2；axiayi、、azi為構(gòu)建的校正模型中探管加速度的理論值，計算單位為m/s2；k12、k13、k21、k23、k31、k32為空間軸線非正交非重合系數(shù) ；k11、k22、k33為理論刻度因數(shù)數(shù)值 ；kx4、kx5、kx6、kx7（x=1、2、3）為測量軌跡非線性誤差系數(shù)。

結(jié)合公式可知，在進(jìn)行金屬礦地質(zhì)鉆孔測量過程中，假設(shè)某一固定軌跡點(diǎn)已知并確定，便可計算設(shè)備進(jìn)行軌跡測量時的實(shí)際數(shù)值，并代入上述參數(shù)公式，可求解公式中24個參數(shù)的具體數(shù)值。由于上述公式的解法較多，建議使用最小二乘法對公式進(jìn)行求解，根據(jù)計算中得出的24個校正誤差補(bǔ)償數(shù)值進(jìn)行最終軌跡點(diǎn)的確認(rèn)，降低測量中出現(xiàn)的誤差值，提升測量的精準(zhǔn)度。

2 對比實(shí)驗

（1）實(shí)驗準(zhǔn)備。為了驗證文章設(shè)計的金屬礦地質(zhì)鉆探軌跡測量誤差校正模型的準(zhǔn)確性，進(jìn)行了如下的對比實(shí)驗，實(shí)驗組使用文章設(shè)計的誤差校正方法對金屬礦地質(zhì)鉆探軌跡測量中出現(xiàn)的誤差進(jìn)行校正，對照組使用傳統(tǒng)的誤差校正方法進(jìn)行相同的步驟，采集4組實(shí)驗數(shù)據(jù)。

（2）實(shí)驗結(jié)果及分析。結(jié)合上述對實(shí)驗的設(shè)計，將實(shí)驗后收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，具體數(shù)值如下表1所示。

表1 金屬礦地質(zhì)鉆探軌跡測量的誤差校正準(zhǔn)確率

通過表1分析兩種方法對于誤差的校正程度，可以得出結(jié)論：在地質(zhì)條件及外界因素相同的條件下，文章設(shè)計的金屬礦地質(zhì)鉆探軌跡測量誤差校正模型對于誤差的校正較為精準(zhǔn)，大約提升10%，因此應(yīng)加大校正模型在地質(zhì)鉆探中的應(yīng)用，提升軌跡測量的精準(zhǔn)程度。

3 結(jié)語

文章開展了金屬礦地質(zhì)鉆探軌跡測量中的誤差校正方法的研究，分析金屬礦地質(zhì)鉆探軌跡測量的工作原理，同時分析測量中易產(chǎn)生的誤差，構(gòu)建對應(yīng)的誤差校正模型，相比傳統(tǒng)的誤差校正方法，文章設(shè)計的誤差校正方法提升鉆探軌跡測量中的精準(zhǔn)程度。未來將建立更加全面的數(shù)據(jù)庫用于測量數(shù)據(jù)的管理，結(jié)合大數(shù)據(jù)對于數(shù)據(jù)的處理技術(shù)，為金屬礦勘查行業(yè)提供更加優(yōu)化的技術(shù)。