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特厚煤層大采高綜放開(kāi)采工作面的安全保障技術(shù)

文檔作者：景珂寧文檔來(lái)源：大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年11月29日
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-74· 煤礦機(jī)電2013年第2期
特厚煤層大采高綜放開(kāi)采工作面的安全保障技術(shù)
景珂寧
(大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西大同037003)
摘要： 通過(guò)對(duì)特厚煤層大采高綜放面瓦斯分布、涌出規(guī)律及“三帶”的研究，提出大采高綜放面
瓦斯等災(zāi)害治理新技術(shù)，為大采高綜放面開(kāi)采提供安全保障，改善作業(yè)環(huán)境，為實(shí)現(xiàn)大采高綜放面
安全、高產(chǎn)、高效提供技術(shù)支撐。
關(guān)鍵詞： 特厚煤層；大采高；綜放開(kāi)采；安全保障
中圖分類(lèi)號(hào)：TD823．25+4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001—0874(2013)02—0074—05
Security Guarantee Technologies of Fully Mechanized Top Coal
Caving Mining with High Cutting Height
JING Ke’ning
(Datong Coal Mine Group Co．，Ltd．，Datong 037003，China)
Abstract：Though the study of”Three zones”and gas distribution and emission law of fully mechanized top coal
caving mining face with high cutting height in thick seam，the gas control technology of fully mechanized top coal
caving mining face is suggested．It provides safety guarantee of fully mechanized top coal caving mining face，
improves the working environment and technical support of the realization of safety，high production，high efficiency
of fully mechanized top coal caving mining face．
Keywords： super—thick seam；high cutting height；fully mechanized top coal caving mining；security guarantee
0 引言
特厚煤層大采高綜放工作面煤層群開(kāi)采時(shí)，一
次采出厚度大，與普通綜放面相比具有一定特殊性，
體現(xiàn)在：工作面采動(dòng)影響范圍擴(kuò)大；瓦斯涌出極不均
衡；采空區(qū)漏風(fēng)量和丟煤量增加；工作面煤塵量增加
等。原有的瓦斯空間分布及采空區(qū)“三帶”分布規(guī)
律不適用于特厚煤層大采高綜放工作面。
為消除瓦斯、自然發(fā)火等給大采高綜放工作面
帶來(lái)的危害，提高煤礦安全生產(chǎn)整體水平，在同煤集
團(tuán)塔山礦8105工作面開(kāi)展大采高綜放面瓦斯防治
技術(shù)和采空區(qū)火災(zāi)防治技術(shù)，為特厚煤層大采高綜
放面實(shí)現(xiàn)安全、高產(chǎn)、高效、高回收率提供技術(shù)支撐。
1 綜放工作面采場(chǎng)瓦斯分布與涌出規(guī)律
1．1 大采高綜放工作面瓦斯分布特征
在采空區(qū)縱向空間內(nèi)，瓦斯?jié)舛确植甲韵露?
呈線性增大的趨勢(shì)，在煤層頂板以上25～55 m范圍
內(nèi)，瓦斯最小濃度為6％，最大濃度可達(dá)20％。在沿
工作面推進(jìn)方向上，采空區(qū)內(nèi)的瓦斯分布呈臺(tái)階狀
分布。濃度從1．5％增大至6．1％，深部瓦斯?jié)舛茸?
大可達(dá)7．9％。在工作面范圍內(nèi)的瓦斯分布情況為
頭小尾大，在工作面尾部至上隅角區(qū)域內(nèi)，瓦斯?jié)舛?
保持在0．4％以上。同時(shí)，瓦斯分布在時(shí)間呈現(xiàn)不
均衡性，即采煤工序不同瓦斯涌出量的差異也較大，
工作面割煤時(shí)涌出量相對(duì)較小，放頂煤、移架時(shí)涌出
量增大，當(dāng)采空區(qū)頂板周期來(lái)壓、割煤和放煤同步作
業(yè)時(shí)采空區(qū)瓦斯涌出量最大。
1．2大采高綜放工作面瓦斯涌出規(guī)律
塔山8105綜放工作面開(kāi)采的特點(diǎn)是特厚煤層
綜采放頂煤，與其它采煤方法相比，綜放面對(duì)圍巖及
上鄰近層的影響范圍及程度有所不同，瓦斯涌出具
有以下特征。
1)采空區(qū)局部瓦斯涌出加劇。采空區(qū)局部瓦
斯涌出特點(diǎn)是在工作面尾部及上隅角區(qū)域內(nèi)瓦斯容
易超限，放煤口、架間隙實(shí)測(cè)瓦斯?jié)舛纫话銥?％～
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2013年第2期煤礦機(jī)電·75·
3％，有時(shí)會(huì)更大。“u”型通風(fēng)工作面在不采取任何
措施的情況下，上隅角瓦斯涌出瓦斯?jié)舛瓤梢赃_(dá)
5％。在工作面尾部10％區(qū)域內(nèi)，涌出90％以上瓦
斯。
2)瓦斯涌出具有不均衡性。大采高綜放工作
面的瓦斯涌出源主要分為3部分：一是采空區(qū)高頂
處的瓦斯包括上鄰近層的瓦斯；二是采空區(qū)深部瓦
斯，包括下鄰近層的瓦斯；三是工作面漏風(fēng)流攜帶的
采放煤瓦斯。這3部分的瓦斯涌出都會(huì)受到工作面
來(lái)壓、基本頂垮落、放煤等因素的影響，呈現(xiàn)出不均
衡性，涌出不均衡系數(shù)可達(dá)1．8。
2大采高綜放工作面瓦斯治理
根據(jù)對(duì)塔山礦3-5”煤層8105大采高綜放工作
面采空區(qū)與采場(chǎng)瓦斯?jié)舛确植寂c涌出規(guī)律的測(cè)試可
知：塔山礦大采高綜放工作面瓦斯涌出和分布的不
均衡，突出體現(xiàn)為在工作面尾部放煤和移架過(guò)程中，
瓦斯瞬間釋放或采空區(qū)瓦斯大量涌出，加之工作面
風(fēng)流在上隅角處拐彎形成渦流，造成上隅角附近瓦
斯易于積聚超限和瓦斯涌出異常。綜放工作面瓦斯
治理的重點(diǎn)是工作面回風(fēng)流及上隅角處瓦斯超限問(wèn)
題，必須從疏導(dǎo)采空區(qū)瓦斯入手進(jìn)行分源治理，即利
用瓦斯抽采來(lái)分流采空區(qū)內(nèi)的瓦斯，以達(dá)到降低回
風(fēng)流和上隅角附近瓦斯涌出的目的。
2．1 工作面瓦斯治理方法
經(jīng)測(cè)定，礦井瓦斯相對(duì)涌出量1．66 m3／t，絕對(duì)
涌出量78．6 m3／rain。在分析研究塔山煤礦已采工
作面瓦斯涌出實(shí)際情況和考察已采取的瓦斯治理措
施效果基礎(chǔ)上，結(jié)合8105工作面回采巷布置特點(diǎn)，
開(kāi)采前期采用“u”型通風(fēng)巷道布置，后期采用“U+
I”型通風(fēng)巷道布置，采用分3步走的綜合治理方法。
1)在8105大采高綜放工作面大流量抽采瓦斯
系統(tǒng)建立之前，工作面治理瓦斯是采用通風(fēng)法，上下
隅角封堵、風(fēng)簾引風(fēng)稀釋法治理工作面上隅角瓦斯
超限。
工作面開(kāi)采初期，上隅角、后溜尾瓦斯?jié)舛冗_(dá)到
0．8％～1．0％之間時(shí)，在進(jìn)回風(fēng)端頭頂板條件允許
情況下，回風(fēng)端頭每隔5 m構(gòu)筑一道封堵墻，在進(jìn)風(fēng)
端頭每隔20 m構(gòu)筑一道封堵墻，改變上隅角風(fēng)流流
場(chǎng)，使風(fēng)流進(jìn)入采空區(qū)的深度減小，從而減少風(fēng)流從
采空區(qū)帶出的瓦斯量，如圖1所示。封堵墻必須從
煤幫構(gòu)筑到后溜尾處，保證將尾端頭封堵嚴(yán)實(shí)，墻體
要確保嚴(yán)密不漏風(fēng)，墻體規(guī)格按巷道斷面規(guī)格確定。
8105工作面上隅角、回風(fēng)巷及后溜尾瓦斯?jié)舛?
1．0％～1．4％之間時(shí)，采用吊掛風(fēng)障的方法解決瓦
斯超限。一是在工作面回風(fēng)巷超前工作面40 m布
設(shè)“L”型風(fēng)障，風(fēng)障距上煤幫1．8 m，同時(shí)“L”型風(fēng)
障末端構(gòu)筑兩道風(fēng)門(mén)，使回風(fēng)巷變?yōu)椤耙幌飪傻馈保?
二是在工作面尾部支架前溜機(jī)道吊掛風(fēng)障，迫使更
多的風(fēng)流從后溜通過(guò)，增加工作面尾部與上隅角通
風(fēng)量，降低該處的瓦斯?jié)舛龋鐖D2所示。
圖1 兩端頭構(gòu)筑封堵墻示意圖
封堵墻內(nèi)預(yù)埋的
瓦期抽放管路
伸縮風(fēng)筒
DN500抽放管路
圖2工作面風(fēng)障布置示意圖
2)若采取上述措施仍然不能控制隅角、后溜尾
瓦斯?jié)舛壬仙龝r(shí)，開(kāi)啟上隅角插管抽采進(jìn)行上隅角
瓦斯抽采。具體方法是：尾端頭構(gòu)筑封堵并在構(gòu)筑
封堵墻期間預(yù)埋兩趟DN500瓦斯抽采管路，連接
2BEC62型瓦斯抽采泵，進(jìn)行上隅角采空區(qū)強(qiáng)化抽
采，抽采濃度達(dá)到0．8％左右，同時(shí)保留前期的瓦斯
治理技術(shù)方法，上隅角、后溜尾瓦斯得到很好解決。
3)8105工作面與頂板高抽巷貫通后，將頂板
高抽巷進(jìn)行密閉，通過(guò)瓦斯抽采系統(tǒng)抽采采空區(qū)瓦
斯，解決工作面上隅角瓦斯超限問(wèn)題。具體方法是：
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
·76· 煤礦機(jī)電2013年第2期
在頂板高抽巷三叉口往里5 m處構(gòu)筑密閉，在密閉
墻內(nèi)預(yù)埋4趟抽采瓦斯管道(500 mm PE管兩趟、
600 mm PE管兩趟)，分別與一、二盤(pán)區(qū)瓦斯抽采泵
站的抽采泵連接。開(kāi)啟抽采泵進(jìn)行抽采，來(lái)壓時(shí)或
采空區(qū)瓦斯涌出較大時(shí)，備用泵臨時(shí)開(kāi)啟，增大頂板
高抽巷的抽采量。
2．2工作面瓦斯治理效果
工作面瓦斯治理工作達(dá)到了很好的效果：頂板
高抽巷內(nèi)瓦斯?jié)舛缺３衷?．5％～2．2％之間，工作
面上隅角瓦斯?jié)舛缺３衷?．2％～0．3％之間，后溜
尾瓦斯?jié)舛缺３衷?．2％～0．3％，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?
保持在0．15％一0．25％之間。隨著工作面的不斷
推進(jìn)，鑒于工作面上隅角、回風(fēng)瓦斯?jié)舛扔稍龃筅?
勢(shì)，對(duì)8105工作面增開(kāi)一臺(tái)2BEC62型瓦斯抽采
泵，使得抽采量達(dá)到850 m3／rain。目前，8105工作
面各處瓦斯?jié)舛染３衷诜€(wěn)定較低水平，頂板高抽
巷抽采運(yùn)行穩(wěn)定，確保了工作面的安全順利推進(jìn)。
3大采高綜放工作面采空區(qū)自燃“三帶”的測(cè)定
3．1 8105綜放工作面自燃“三帶”的測(cè)定方法
1)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置。每套束管分為運(yùn)順、回順兩
組，每組4根束管，束管布置詳見(jiàn)圖3。1”束管距運(yùn)
順上幫5．4 m，1”與2。束管間距10 m，28與3“、38與
44束管間距分別為20 m。回順側(cè)相同。按方案要
求，需要埋人3套束管，本次埋人束管為第一套束
管，待第一套束管埋入采空區(qū)50 m后，再埋第二套
束管，第二套束管埋人采空區(qū)50 m后，再埋第三套
束管，埋設(shè)方法與第一套相同。
O
／＼＼接入束管監(jiān)測(cè)主系統(tǒng)
l ! ¨0 T
2 ：120·
3 ：120·
4
o 姬C
o
C
4 一
3
：120-
／ ／ 。2 ：120，
l = l 1【)】
／5 105巷
圖3束管監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖
2)監(jiān)測(cè)方法。在8105工作面2105巷、5105巷
五通閥門(mén)處各安裝1部電話，連接到監(jiān)控中心，并安
排專(zhuān)人在五通閥門(mén)處與監(jiān)控中心聯(lián)系。束管編號(hào)1
～4號(hào)。井下人員與監(jiān)控中心聯(lián)系，打開(kāi)1號(hào)束管
閥門(mén)，開(kāi)始抽氣。監(jiān)控中心人員記錄1號(hào)束管閥門(mén)
打開(kāi)的時(shí)間。2 h后，井下人員與監(jiān)控中心聯(lián)系，關(guān)
閉1號(hào)束管閥門(mén)，打開(kāi)2號(hào)束管閥門(mén)。監(jiān)控中心人
員記錄2號(hào)束管閥門(mén)打開(kāi)時(shí)間，并開(kāi)始監(jiān)測(cè)1號(hào)束
管數(shù)據(jù)。2 h后，井下人員與監(jiān)控中心聯(lián)系，關(guān)閉2
號(hào)閥門(mén)，打開(kāi)3號(hào)束管閥門(mén)。監(jiān)控中心人員記錄3
號(hào)束管閥門(mén)打開(kāi)時(shí)間，并開(kāi)始監(jiān)測(cè)2號(hào)束管數(shù)據(jù)。2
h后，井下人員與監(jiān)控中心聯(lián)系，關(guān)閉3號(hào)束管閥
門(mén)，打開(kāi)4號(hào)束管閥門(mén)。監(jiān)控中心人員記錄4號(hào)閥
門(mén)打開(kāi)時(shí)間，并開(kāi)始監(jiān)測(cè)3號(hào)束管數(shù)據(jù)。2 h后，開(kāi)
始監(jiān)測(cè)4號(hào)束管數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)完畢后，每個(gè)束管選擇
監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的最低值填入相應(yīng)表格。
3．2 8105綜放工作面采空區(qū)氧濃度場(chǎng)分布
因采空區(qū)進(jìn)入窒息帶時(shí)，漏風(fēng)風(fēng)流基本消失。
所以采用氧濃度指標(biāo)來(lái)劃分自燃帶和窒息帶相對(duì)較
好。確定8105大采購(gòu)綜放工作面窒息燃燒的最低
氧濃度為7％。
5105巷的1”、3。、44測(cè)點(diǎn)的氧氣濃度未下降至
7％，束管采樣頭已堵。將現(xiàn)場(chǎng)束管監(jiān)測(cè)的實(shí)際數(shù)據(jù)
采用數(shù)值擬合方法，得出采空區(qū)氧氣濃度在7％的
各點(diǎn)位置，如圖4～圖6所示。而其余各測(cè)點(diǎn)氧氣
濃度在20％左右時(shí)束管采樣頭已堵，則無(wú)法采用其
數(shù)據(jù)。
根據(jù)塔山煤礦8105綜放工作面2105巷原有實(shí)
際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)氧氣濃度降為7％以下時(shí)，工作面推
進(jìn)距離達(dá)到91 m。
b。護(hù)。采一區(qū)。OO
(
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2013年第2期煤礦機(jī)電·77·
根據(jù)氧氣濃度在7％的各點(diǎn)位置擬合出采空區(qū)
窒息帶位置，如圖7所示。
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
距工作面切頂線距離／m
圖4 5105巷1’測(cè)點(diǎn)擬合曲線
lo 1 5 20 25 30 35 40 45 50 55
距工作面切頂線距離／m
圖5 5105巷3。測(cè)點(diǎn)擬合曲線
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
距工作面切頂線距離／m
圖6 5105巷4。測(cè)點(diǎn)擬合曲線
3．3 8105綜放工作面自燃“三帶”的確定
采空區(qū)煤自燃的“三帶”，即散熱帶、自燃帶和
窒息帶。在散熱帶，由于漏風(fēng)速度較大，煤體表面氧
化產(chǎn)生的熱量能很快被帶走，因而煤溫不會(huì)升高，不
會(huì)發(fā)生自燃；窒息帶內(nèi)氧濃度較低，煤也不會(huì)發(fā)生自
燃；只有自燃帶內(nèi)，氧濃度較高，漏風(fēng)強(qiáng)度也適中，煤
氧化放出的熱量能夠積聚使溫度上升。因而“三
帶”劃分的依據(jù)為：散熱帶，漏風(fēng)風(fēng)速>1．2
m3／(min·m2)；窒息帶，氧濃度<7％；自燃帶，漏風(fēng)
風(fēng)速<1．2 m3／(min·m2)并且氧濃度>7％。圖8
為實(shí)測(cè)塔山煤礦8105綜放工作面自燃“三帶”范圍
示意圖。由圖8可知，塔山礦8105工作面采空區(qū)散
熱帶從切頂線計(jì)算寬度近似為2～12 m；自燃帶主
要分布在距離切頂線2～98 m，自燃帶寬度在從工
作面中部靠近回風(fēng)側(cè)較大，約為95 m；窒息帶主要
分布在距工作面切頂線98 m之后。
距工作面切頂線距離／m
圖7塔山煤礦8105綜放工作面采空區(qū)
氧氣濃度7％等值線圖
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距工作面距離／m
圖8采空區(qū)“三帶”劃分示意圖
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萬(wàn)方數(shù)據(jù)
·78· 煤礦機(jī)電2013年第2期
4大采高綜放工作面注氦防滅火
采空區(qū)瓦斯抽采管口是易發(fā)生自燃的部位。根
據(jù)采空區(qū)瓦斯抽采管路布置情況，在預(yù)埋抽采管的
同時(shí)預(yù)埋一趟專(zhuān)用的注漿管路，管口位置在抽采管
口下方。根據(jù)瓦斯抽采監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析得到的抽采氣
體中0，和CO濃度綜合分析抽采管口附近自燃危
險(xiǎn)性。當(dāng)抽采氣體中出現(xiàn)異常情況時(shí)，采用加大注
氮量連續(xù)注氮、直到抽采氣體中CO濃度下降到
24 X 10。％以下為止。
4．1注氮工藝
在8105綜放工作面的進(jìn)風(fēng)端頭沿采空區(qū)埋設(shè)
一趟4寸鋼絲纏繞管路，并與進(jìn)風(fēng)巷主注氮管路對(duì)
接，在工作面頭尾部每隔20 in各構(gòu)筑一道密閉墻，
頭部每3—5 m吊掛一道風(fēng)障；當(dāng)管路埋人采空區(qū)
50 m后開(kāi)始注氮，同時(shí)又埋人第二趟注氮管路(注
氮管13的移動(dòng)步距為50 ITI)，當(dāng)?shù)诙俗⒌芸诼?
入采空區(qū)50 m后向采空區(qū)注氮，同時(shí)停止第一趟管
路的注氮，并又重新埋設(shè)注氮管路，如此循環(huán)，直到
工作面停采線為止。
1)注氮管路的輔設(shè)路線
注氮機(jī)安設(shè)在盤(pán)道地面，注氮路線為：盤(pán)道地面
制氮機(jī)房一盤(pán)道進(jìn)風(fēng)立井一進(jìn)風(fēng)聯(lián)巷一1070回風(fēng)
巷一2105進(jìn)風(fēng)順槽或5105回風(fēng)順槽_工作面采空
區(qū)氧化帶。
2)主要注氮管路參數(shù)
8105工作面注氮需要的管路參數(shù)見(jiàn)表1。
表1主要注氮管路參數(shù)
3)注氮規(guī)定：①采用地面三套制氮設(shè)備進(jìn)行
綜放工作面采空區(qū)自燃帶注氮防火；②在正常情況
下，地面第四套制氮設(shè)備作為備用制氮設(shè)備。當(dāng)綜
采面非正常生產(chǎn)超過(guò)一天(連續(xù)三個(gè)班)，或回風(fēng)流
中出現(xiàn)CO濃度上升超過(guò)24 X 10。％的情況下，采
用四套設(shè)備，每天三班連續(xù)注氮，直到工作面恢復(fù)正
常回采，或CO濃度顯著下降(1×10。％)并持續(xù)較
長(zhǎng)時(shí)間(3 d)為止；③對(duì)進(jìn)風(fēng)側(cè)注氮管路注氮時(shí)，對(duì)
注氮管路流量壓力分別作記錄，用來(lái)考察注氮效果；
④在增加注氮量后，應(yīng)加強(qiáng)綜放面的0：濃度監(jiān)測(cè)，
確保安全。
4．2注氮方式
注氮方式根據(jù)對(duì)火情的預(yù)測(cè)情況而定，在注氮
2 500 in3／h的情況下，推進(jìn)速度穢?=1．4 m／d時(shí)，
必須采取連續(xù)注氮方式；推進(jìn)速度穢。。<1．4 m／d或
停產(chǎn)時(shí)，必須加大注氮量；若停采時(shí)間達(dá)68 d以上
時(shí)，注氮量不小于6 390 m3／h；當(dāng)工作面推進(jìn)速度
穢?>1．4 m／d時(shí)，可適當(dāng)減少注氮量。
4．3注氮防滅火效果
通過(guò)采取以注氮為主的大采高綜放工作面防滅
火技術(shù)，8105工作面煤炭自燃發(fā)火得到有效控制。
8105工作面2010年11月份以來(lái)頂板高抽巷CO氣
體濃度變化情況如圖9所示，工作面采空區(qū)CO氣
體濃度基本穩(wěn)定在45×10。5％左右，保持在穩(wěn)定較
低水平。澍．，—小。礬廣～20 蜷k— r7Vy 8。l—．—。——。—．—．。—．—．——。—。——。—．——。—．——。—．—．。—．—。——。—．—。——～
心蕊麓齪然麓弗黻裕麟搽試黟
5結(jié)語(yǔ)
1)通過(guò)對(duì)大采高綜放工作面瓦斯分布與涌出
量測(cè)試，掌握了大采高綜放工作面與采空區(qū)空間內(nèi)
的瓦斯分布規(guī)律，瓦斯?jié)舛确植甲韵露铣试龃蟮?
趨勢(shì)和瓦斯分布受到工作面采煤工序影響呈現(xiàn)不均
衡性。
2)根據(jù)塔山礦8105大采高綜放工作面的具體
情況，工作面瓦斯治理采用通風(fēng)優(yōu)化、上下隅角封
堵、風(fēng)簾引風(fēng)稀釋法治理、上隅角插管抽采、專(zhuān)用排
瓦斯巷密閉抽采采空區(qū)瓦斯等綜合方法，很好地解
決了工作面瓦斯超限的技術(shù)難題，為工作面的安全
開(kāi)采提供了有力保障。
3)大采高綜放工作面采取以注氮為主的防滅
火方法，通過(guò)選取工作面不同推進(jìn)度下的注氮方法
和注氮量，有效控制了綜放工作面煤炭自燃發(fā)火，取
得顯著的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。
作者簡(jiǎn)介：景珂寧(1984一)，男，助理工程師。2009年畢業(yè)于西安
科技大學(xué)，現(xiàn)從事煤礦安全工作。
(收稿日期：2012—07—19；責(zé)任編輯：邊永梅)

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