張 航，何 文

（云南省有色地質(zhì)局三0八隊(duì)，云南 個(gè)舊 661000）

STL-1GW型無線存儲(chǔ)式數(shù)字陀螺測(cè)斜儀是針對(duì)陀螺測(cè)斜儀的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠通過STL-1GW型無線存儲(chǔ)卡實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量結(jié)果的自動(dòng)記錄[1]。STL-1GW型無線存儲(chǔ)式數(shù)字陀螺測(cè)斜儀規(guī)定頂角測(cè)量范圍為0°～50°，精度±0.1°；方位測(cè)量范圍為0°～360°，精度±4°，工作電壓為9V；每次可測(cè)量9個(gè)孔號(hào)，每個(gè)鉆孔可存儲(chǔ)99個(gè)數(shù)據(jù)。STL-1GW型無線存儲(chǔ)式數(shù)字陀螺測(cè)斜儀以其高效率的優(yōu)勢(shì)一經(jīng)推出，立即受到相關(guān)部門的熱切關(guān)注。在我國(guó)，STL-1GW型無線存儲(chǔ)式數(shù)字陀螺測(cè)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(chǔ)式數(shù)字陀螺測(cè)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(duì)STL-1GW型無線存儲(chǔ)式數(shù)字陀螺測(cè)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(duì)此方面進(jìn)行進(jìn)一步的研究。本文結(jié)合鐘彩霞提出的陀螺測(cè)斜儀檢測(cè)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(chǔ)式數(shù)字陀螺測(cè)斜儀在磁性礦區(qū)中的應(yīng)用與探討。

1 STL-1GW型無線存儲(chǔ)式數(shù)字陀螺測(cè)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(guó)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(chǎng)異常明顯，常規(guī)測(cè)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(jìn)行井下鉆孔工作要借助先進(jìn)測(cè)斜設(shè)備，而隨著測(cè)量技術(shù)的不斷進(jìn)步，新型測(cè)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(chǔ)式數(shù)字陀螺測(cè)斜儀在磁性礦區(qū)中的應(yīng)用與探討中，必須預(yù)先明確STL-1GW型無線存儲(chǔ)式數(shù)字陀螺測(cè)斜儀在磁性礦區(qū)中的應(yīng)用原理，以便指導(dǎo)磁性礦區(qū)角度數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄測(cè)量工作更好的開展[3]。數(shù)字陀螺測(cè)斜儀主要由加速度計(jì)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(cè)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(chǔ)式數(shù)字陀螺測(cè)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(cè)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(cè)斜儀在磁性礦區(qū)中的應(yīng)用原理，針對(duì)STL-1GW型無線存儲(chǔ)式數(shù)字陀螺測(cè)斜儀在磁性礦區(qū)中的三點(diǎn)主要應(yīng)用展開探討。具體研究?jī)?nèi)容，如下文所述。

1.1 磁性礦區(qū)地面定向

本次測(cè)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(jì)鉆孔深度為0～250m，傾角55°～90°。利用STL-1GW型無線存儲(chǔ)式數(shù)字陀螺測(cè)斜儀對(duì)磁性礦區(qū)進(jìn)行地面定向主要針對(duì)不同設(shè)計(jì)傾角鉆孔時(shí)的測(cè)量，在測(cè)量斜孔時(shí)無需進(jìn)行定向，因此本文不作過多贅述。在斜孔時(shí)的測(cè)量，需要通過明確STL-1GW型無線存儲(chǔ)式數(shù)字陀螺測(cè)斜儀應(yīng)用在磁性礦區(qū)地面定向的回放原理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和計(jì)算機(jī)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(jī)械陀螺定向法，以經(jīng)緯儀測(cè)量出儀器所處的方位即為儀器定向方位角，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)磁性礦區(qū)地面定向。

1.2 磁性礦區(qū)下孔測(cè)量

運(yùn)用STL-1GW型無線存儲(chǔ)式數(shù)字陀螺測(cè)斜儀針對(duì)磁性礦區(qū)傾斜孔進(jìn)行下孔測(cè)量時(shí)，必須將儀器在孔口段靜置一段時(shí)間后，再進(jìn)行測(cè)量，并設(shè)定其等待時(shí)間為3分鐘，并記錄此時(shí)時(shí)間和孔深。以此類推，進(jìn)行下一個(gè)測(cè)量點(diǎn)的下孔測(cè)量[4]。針對(duì)磁性礦區(qū)垂直孔進(jìn)行下孔測(cè)量，在穩(wěn)定后下入鉆孔。在此基礎(chǔ)上，記錄此刻時(shí)間和孔深。由于STL-1GW型無線存儲(chǔ)式數(shù)字陀螺測(cè)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(cè)量工作原理，進(jìn)行其誤差校正。磁性礦區(qū)下孔測(cè)量的誤差主要來源于STL-1GW型無線存儲(chǔ)式數(shù)字陀螺測(cè)斜儀零件誤差、設(shè)備安裝誤差、信號(hào)處理誤差及溫度等外界環(huán)境影響產(chǎn)生的誤差。在運(yùn)用STL-1GW型無線存儲(chǔ)式數(shù)字陀螺測(cè)斜儀進(jìn)行磁性礦區(qū)下孔測(cè)量時(shí)，可以通過計(jì)算下孔測(cè)量方位角誤差，減少磁測(cè)狀態(tài)下下孔測(cè)量的誤差。設(shè)下孔測(cè)量方位角誤差的表達(dá)式為δ，則其計(jì)算公式，如公式（1）所示。

在公式（1）中，t指的是正常場(chǎng)水平分量；g指的是異常場(chǎng)水平分量；H指的是矢量的模數(shù)；o指的是測(cè)點(diǎn)的方位角相差值。通過公式（1）計(jì)算得出的下孔測(cè)量方位角誤差，與STL-1GW型無線存儲(chǔ)式數(shù)字陀螺測(cè)斜儀定向接頭連接進(jìn)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(cè)斜過程中開孔25米下入技術(shù)套管后進(jìn)行第1次測(cè)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(jìn)行下孔測(cè)量，以保證測(cè)量得到的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、可靠。以玉溪大紅山二道河礦區(qū)ZK3302鉆孔進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，如下表1所示。

表1 ZK3302鉆孔誤差對(duì)比結(jié)果分析表

1.3 磁性礦區(qū)內(nèi)頂角無纜自動(dòng)記錄

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

如上述公式（2）所示，為測(cè)量后的角度參數(shù)，其中，B指的是軌跡測(cè)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(dòng)記錄測(cè)量結(jié)果。綜上所述，可以證明STL-1GW型無線存儲(chǔ)式數(shù)字陀螺測(cè)斜儀在磁性礦區(qū)中應(yīng)用的有效性。

2 結(jié)語(yǔ)

通過STL-1GW型無線存儲(chǔ)式數(shù)字陀螺測(cè)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(jìn)一步加大STL-1GW型無線存儲(chǔ)式數(shù)字陀螺測(cè)斜儀在磁性礦區(qū)中應(yīng)用注意事項(xiàng)方面的研究，盡可能避免由于錯(cuò)誤操作導(dǎo)致應(yīng)用無效的現(xiàn)象出現(xiàn)。

除此之外，還可以對(duì)STL-1GW型無線存儲(chǔ)式數(shù)字陀螺測(cè)斜儀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，指導(dǎo)磁性礦區(qū)測(cè)量工作能夠更好的開展。