继石油钻井和非开挖领域之后,煤矿行业也广泛采用水平定向钻进技术。千米定向钻机已成功运用于瓦斯抽放、探放水和煤层气开采等应用中,为了使钻机沿着设计的钻孔轨迹钻进,必须监测实际钻孔轨迹和设计钻孔轨迹的偏差,以实现对钻机的精确导向。目前煤矿井下的测量仪器一般和钻机是配套的,使用时会有一些限制。针对上述问题,本文首先对载体的姿态角计算方法和钻孔轨迹的绘制方法进行了深入研究,推导了基于磁传感器和加速度传感器组合计算姿态角参数的公式,分析并比较了各种绘制钻孔轨迹的方法,为后续轨迹监测系统的设计和开发奠定了理论基础。在跟踪借鉴水平定向钻机随钻测量技术在石油钻井和地下管线铺设领域应用情况的基础上,结合千米定向钻机在煤矿井下的使用特点,开发了一套千米定向钻机轨迹信息监测系统,并从硬件和软件两方面对系统进行了设计,该系统由测量探管、孔口监测装置和轨迹监测处理软件三部分构成,测量探管采集测点的姿态参数,孔口监测装置记录钻孔号、钻杆号等钻井施工参数,轨迹监测处理软件则计算姿态角和绘制钻孔轨迹,该系统结构简单,操作方便,可靠性高,能够达到监测钻孔轨迹的要求。为了提高系统的轨迹测量精度,分析了三轴磁阻传感器和加速度传感器的误差来源,建立了三轴传感器误差模型,提出一种基于递推最小二乘椭球拟合和平面拟合的传感器校正算法,该算法不仅能校正传感器本身的偏置、灵敏度和非正交误差,还能校正三轴传感器和载体之间的未对准误差,并通过仿真和实验对所研究的传感器校正算法进行了验证,实验结果表明该传感器校正算法能较好地提高系统的测量精度。本文通过模拟实验和现场工业性试验对整个系统进行了验证,实验结果表明该系统能较准确地测量钻头的姿态参数和绘制钻孔轨迹,实现了对千米定向钻机的轨迹信息监测,指导了后续水平定向钻孔轨迹的设计和控制。