目前煤矿坑道钻探正由无控钻进向受控定向钻进发展,涉及煤矿安全的顺煤层瓦斯抽放长钻孔和底板加固、注浆堵水等技术工艺,都需要定向钻进技术的支持。为了提高瓦斯抽放效率和注浆堵水效果,对钻孔轨迹在地下空间的定位精度要求越来越高。如果测斜装备不能提供准确有效的定位参数,钻孔便无法按照设计到达目标位置,将极大的降低瓦斯抽放或注浆堵水的效果,甚至可能发生由于失控而造成的卡钻、断钻等事故,带来巨大的经济损失,甚至威胁施工人员的安全。提高定向钻进测量系统的精度、研究多种误差及其校正方法,是保证定向钻进技术的关键。论文依托国家“十五”科技攻关计划项目中的“煤矿井下瓦斯抽放长钻孔施工装备及工艺的改进完善”专题和国家发改委重大产业技术开发专项“煤矿井下千米瓦斯抽放钻孔施工装备及工艺技术开发”的研究工作,在对国内外测斜技术的研究发展现状进行调研、分析的基础上,根据井下钻进导向的实际需求,针对基于半导体加速度传感器和磁阻传感器的随钻定向测量系统,开展了相应的理论研究、计算方法研究和误差分析研究,提出了一系列误差校正方法,有效提高了系统精度。论文具体介绍了当前国内外测斜技术及空间定位方法的研究现状,介绍了系统的测量原理和空间定位计算方法,并结合总体设计方案,阐明了随钻定向测量系统的结构组成,并对传感器进行了详细介绍;针对系统中可能产生误差的原因进行了详细分析,提出了相应的补偿方案。依照该方案,从硬件和软件两方面对测量系统进行误差校正。考虑到方位角测量环境的特殊性,经过对几种材料的分析比较,选择铍铜作为测量探管支架及外管的材料;对传感器的安装结构进行了优化设计,力求使安装调试后的机械误差最小:针对半导体磁阻传感器,设计了置位/复位硬件电路,解决了由于传感器自身磁累积或磁偏置带来的系统误差:针对硬件上难以纠正的传感器敏感轴不正交和不重合角问题,提出基于变量轮换法和单纯形加速法的优化算法,实现对偏差角度的补偿;针对环境磁场对磁阻传感器的干扰,采用导航系统中常用的磁罗盘误差补偿方法,即最小二乘八位置补偿法和最佳椭圆拟合补偿法,较好的消除了环境磁场干扰带来的误差。实验结果表明,通过采取以上各项措施,经过校正后的系统,倾角误差≤±0.2°,工具面向角和方位角误差≤±1.5°。随钻定向测量系统的抗震性、耐冲击性和稳定性都达到测试要求,数据精度也有明显改善,较好的满足了井下随钻定向测量要求。