随着钻探技术的发展,定向井、大斜度井等特殊钻井工艺相继出现,随钻测量技术以其独特的优势,不但在油气钻井和非挖开领域得到了广泛应用,近年来也推广到了煤矿安全领域,在煤矿和井下煤层气施工中起到了越来越重要的作用。在特殊钻井的钻进过程中,如何迅速、有效且准确地控制井眼轨迹以便及时纠正,是保证钻井质量的关键。而将钻头处传感器的实时数据传送到地表的技术在随钻测量中的应用,可以最大限度地减少停机时间,提高工作效率。针对煤矿井下的随钻测量系统的研究在我国尚不成熟,存在技术和装备上的不足,尤其是对于煤矿井下特殊的施工条件,其复杂的作业环境和安全隐患导致很多地面先进技术和装备不能直接使用,因此,需要在消化吸收地面先进技术的基础上,针对煤矿井下特定环境研究合适的电磁波随钻测量设备。本文围绕这一主题,针对于煤矿井下生产的特殊情况,对煤矿井下电磁波随钻测量仪器电磁信号传输的衰减特性进行了研究,为装备设计提供理论参考依据。在此基础上,研究煤矿井下电磁波随钻测量信道编码技术和多通道数据融合方法,降低系统工作过程中的误码率,提高系统的可靠性和传输深度。基于此,研制煤矿井下电磁波随钻测量仪器。本论文完成的主要研究工作和取得的成果如下:1.对煤矿井下电磁波随钻测量系统中涉及的相关技术和理论进行了分析,包括EM-MWD系统的组成原理以及结构框图,信号激励方式和电磁波在地层中的衰减特性。系统采用非对称偶极子作为发射天线,基于电磁波的基本原理,借助等效传输线法,对煤矿井下电磁波随钻测量仪器电磁信号传输的衰减特性进行了研究,分析了地层电阻率、钻杆电阻率、发射频率、下部钻杆长度等因素对随钻测量信号传输深度的影响,结果表明,增加绝缘短节以下的钻柱长度、减少发射信号的频率有利于减少信号衰减,地层电阻率的增加有利于信号的传输。2.针对BCH码、网格编码调制和Turbo码三种信道编码,结合煤矿井下电磁波随钻测量通信信道特点和传输数据格式,通过理论计算和仿真的方式,系统分析了三种信道编码的差错性能,得到了适合煤矿井下电磁波随钻测量通信信道的编码方式。3.研究了多路数据融合方法,单路数据通过卡尔曼滤波处理,再结合简单凸航迹融合算法、互协方差航迹融合算法以及分层航迹融合算法进行分析和计算,通过仿真验证了三种航迹融合算法的可行性,对比得出适合煤矿井下电磁波随钻测量系统的航迹融合算法。4.介绍了煤矿井下电磁波随钻测量仪器的样机组成和工作模式,给出了孔内仪器和孔口仪器的设计。进行了多种样机工作实验,通过改变接收电流的大小来测试不同方法下的误码率,测试孔口仪器处理信号的能力,完成了地面传输实验,开泵地面传输实验和井下传输实验,证明了提出方法的有效性。本文最后对研究的主要内容和成果进行了总结,对未来的研究工作进行了展望,为后续开展相应的研究提供了一定参考。