STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀在磁性礦區(qū)中的應(yīng)用與探討

張 航，何 文

（云南省有色地質(zhì)局三0八隊，云南 個舊 661000）

STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀是針對陀螺測斜儀的優(yōu)化設(shè)計，能夠通過STL-1GW型無線存儲卡實現(xiàn)對測量結(jié)果的自動記錄[1]。STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀規(guī)定頂角測量范圍為0°～50°，精度±0.1°；方位測量范圍為0°～360°，精度±4°，工作電壓為9V；每次可測量9個孔號，每個鉆孔可存儲99個數(shù)據(jù)。STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀以其高效率的優(yōu)勢一經(jīng)推出，立即受到相關(guān)部門的熱切關(guān)注。在我國，STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀在磁性礦區(qū)中的應(yīng)用已經(jīng)不是首次提出，通過STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀解決磁干擾礦區(qū)電纜傳輸及地面電源易受磁干擾的問題。針對STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀在磁性礦區(qū)中的應(yīng)用已經(jīng)取得了初步的成效[2]。因此，還需要對此方面進行進一步的研究。本文結(jié)合鐘彩霞提出的陀螺測斜儀檢測數(shù)據(jù)分析方法研究，并以此為研究依據(jù)，開展STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀在磁性礦區(qū)中的應(yīng)用與探討。

1 STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀在磁性礦區(qū)中的應(yīng)用與探討

云南玉溪大紅山礦區(qū)作為大型國企昆明鋼鐵控股有限公司的重要鐵礦石原料基地礦山，主要以鐵、銅礦為主，磁場異常明顯，常規(guī)測斜設(shè)備已不能礦山精度探礦要求，玉溪大紅山二道河礦段在進行井下鉆孔工作要借助先進測斜設(shè)備，而隨著測量技術(shù)的不斷進步，新型測量設(shè)備已經(jīng)在磁性礦區(qū)得到廣泛應(yīng)用。本文提出的STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀在磁性礦區(qū)中的應(yīng)用與探討中，必須預先明確STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀在磁性礦區(qū)中的應(yīng)用原理，以便指導磁性礦區(qū)角度數(shù)據(jù)自動記錄測量工作更好的開展[3]。數(shù)字陀螺測斜儀主要由加速度計傳感器和壓電陀螺傳感器兩部分構(gòu)成，壓電陀螺傳感器的核心設(shè)備為ARM方向處理器，數(shù)字陀螺測斜儀的探管中包含多軸加速度傳感芯片及多軸磁性傳感芯片。STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀在磁性礦區(qū)中的應(yīng)用原理，如圖1所示。

圖1 數(shù)字陀螺測斜儀在磁性礦區(qū)中的應(yīng)用原理

結(jié)合圖1所示，為數(shù)字陀螺測斜儀在磁性礦區(qū)中的應(yīng)用原理，針對STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀在磁性礦區(qū)中的三點主要應(yīng)用展開探討。具體研究內(nèi)容，如下文所述。

1.1 磁性礦區(qū)地面定向

本次測量磁性礦區(qū)地面位于A32～A34E勘探線之間，二道河礦段設(shè)計鉆孔深度為0～250m，傾角55°～90°。利用STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀對磁性礦區(qū)進行地面定向主要針對不同設(shè)計傾角鉆孔時的測量，在測量斜孔時無需進行定向，因此本文不作過多贅述。在斜孔時的測量，需要通過明確STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀應(yīng)用在磁性礦區(qū)地面定向的回放原理，進而實現(xiàn)PC機和計算機外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。磁性礦區(qū)地面定向回放原理框圖，如圖2所示。

圖2 磁性礦區(qū)地面定向回放原理框圖

結(jié)合圖2所示，將三腳架安置在靠近鉆塔邊，參考機械陀螺定向法，以經(jīng)緯儀測量出儀器所處的方位即為儀器定向方位角，進而實現(xiàn)磁性礦區(qū)地面定向。

1.2 磁性礦區(qū)下孔測量

運用STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀針對磁性礦區(qū)傾斜孔進行下孔測量時，必須將儀器在孔口段靜置一段時間后，再進行測量，并設(shè)定其等待時間為3分鐘，并記錄此時時間和孔深。以此類推，進行下一個測量點的下孔測量[4]。針對磁性礦區(qū)垂直孔進行下孔測量，在穩(wěn)定后下入鉆孔。在此基礎(chǔ)上，記錄此刻時間和孔深。由于STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀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，進行其誤差校正。磁性礦區(qū)下孔測量的誤差主要來源于STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀零件誤差、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。在運用STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀進行磁性礦區(qū)下孔測量時，可以通過計算下孔測量方位角誤差，減少磁測狀態(tài)下下孔測量的誤差。設(shè)下孔測量方位角誤差的表達式為δ，則其計算公式，如公式（1）所示。

在公式（1）中，t指的是正常場水平分量；g指的是異常場水平分量；H指的是矢量的模數(shù)；o指的是測點的方位角相差值。通過公式（1）計算得出的下孔測量方位角誤差，與STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀定向接頭連接進行坐鍵，根據(jù)磁性礦區(qū)的具體地質(zhì)條件，一般情況下，在斜孔測斜過程中開孔25米下入技術(shù)套管后進行第1次測量，以下按《地質(zhì)巖心鉆探規(guī)程》（DZ/T-0227-2010）將孔深設(shè)定為每50米進行下孔測量，以保證測量得到的數(shù)據(jù)精準、可靠。以玉溪大紅山二道河礦區(qū)ZK3302鉆孔進行數(shù)據(jù)分析，如下表1所示。

表1 ZK3302鉆孔誤差對比結(jié)果分析表

1.3 磁性礦區(qū)內(nèi)頂角無纜自動記錄

基于STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀抗電磁干擾能力強的特點，在磁性礦區(qū)能夠由方向控制器控制設(shè)備在磁性礦區(qū)中的測量方向，傳感芯片將收集的實時測量數(shù)據(jù)反饋給實地勘查工作人員[5]。使用STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀在磁性礦區(qū)內(nèi)頂角無纜自動記錄的具體流程為：首先，測量開始前期將ARM與設(shè)備探管相連接，確保工作的同步進行，兩者之間的工作互不干擾，ARM進行鉆孔深度的記錄，通過無線存儲式芯片內(nèi)部的高速信息處理器計算鉆探的傾斜角度、面向角參數(shù)等，同時提取對3個～5個有效點，并將有效點進行鏈接，形成鉆探軌跡圖像。結(jié)合磁性礦區(qū)重力場提供的坐標，可得出磁性礦區(qū)在地質(zhì)鉆探軌跡測量中不同角度參數(shù)。基于STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀的磁性礦區(qū)內(nèi)頂角無纜自動記錄可用公式進行表達，設(shè)其表達式為tanψ，則其計算公式，如公式（2）所示。

如上述公式（2）所示，為測量后的角度參數(shù)，其中，B指的是軌跡測量中設(shè)備的傾角，G指的是方位角角度，Z指的是面向角度，c指的是空間加速度。通過公式（2）可得到磁性礦區(qū)內(nèi)頂角無纜自動記錄測量結(jié)果。綜上所述，可以證明STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀在磁性礦區(qū)中應(yīng)用的有效性。

2 結(jié)語

通過STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀在磁性礦區(qū)中的應(yīng)用與探討，雖然能夠取得一定的研究成果，但在后續(xù)研究中，還要進一步加大STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀在磁性礦區(qū)中應(yīng)用注意事項方面的研究，盡可能避免由于錯誤操作導致應(yīng)用無效的現(xiàn)象出現(xiàn)。

除此之外，還可以對STL-1GW型無線存儲式數(shù)字陀螺測斜儀進行優(yōu)化設(shè)計，指導磁性礦區(qū)測量工作能夠更好的開展。