項目四立井施工及延深任務(wù)二

項目四立井施工及延深任務(wù)二4.2.1井筒表土施工立井井筒穿過的表土層，按其掘砌施工的難易程度分為穩(wěn)定表土層和不穩(wěn)定表土層兩種。

穩(wěn)定表土層就是在井筒掘砌過程中，井幫易于維護，用普通施工方法能夠順利通過的表土層，其中包括含非飽和水的粘土層、含少量水的砂質(zhì)粘土、無水的大孔土和含水量不大的礫石層等。不穩(wěn)定表土層就是在在井筒掘砌過程中，井幫很難維護，用普通施工方法不能通過的表土層，其中包括含水砂土、淤泥、含飽和水的粘土、浸水的大孔土和含水量較大的礫石層等。根據(jù)表土的性質(zhì)及其所采用的施工設(shè)施，井筒表土施工方法可分為普通施工方法和特殊施工方法兩大類。12/17/20222㈠砌筑鎖口

1．木質(zhì)臨時鎖口，如圖12-10所示。

一、井筒表土普通施工法12/17/202232．臨時鋼結(jié)構(gòu)鎖口(圖12-11)。3．永久混凝土鎖口。12/17/20224㈡施工1．井圈背板普通施工法人工或抓巖機出土，下掘一小段后（空幫距不超過1.2m），然后用井圈、背板臨時支護，掘一小段后（一般不超過30m），再由下向上拆除井圈、背板，然后砌筑永久井壁。如此，周而復(fù)始，直至基巖。這種方法適用于較穩(wěn)定的土層。如圖12-12。12/17/202252．吊掛井壁施工法用于穩(wěn)定性較差的土層中的一種短段掘砌施工方法。段高一般0.5～1.5m。采用臺階式或分段分塊，并配以超前小井降低水位的挖掘方法（圖12-13）。為了防止井壁井壁拉裂或脫落，在井壁內(nèi)設(shè)置鋼筋，（圖12-14）。12/17/20226吊掛井壁施工法可用于滲透系數(shù)大于5m/d，流動性小，水壓不大于0.2MPa的砂層和透水性強的卵石層，以及巖石風(fēng)化帶。吊掛井壁施工法使用的設(shè)備簡單，施工安全。但工序轉(zhuǎn)換頻繁，井壁接茬多，封水性差。故常在通過整個表土層后，自下而上復(fù)砌第二層井壁。為此，需按井筒設(shè)計規(guī)格，適當(dāng)擴大設(shè)計斷面。12/17/202273．板樁法對于厚度不大的不穩(wěn)定表土層，在開挖之前，可先人工或打樁機在工作面或地面沿井筒荒徑（井筒周邊外緣）打入一排密集的板樁，形成一個密封的圓筒，用以支承井壁，在它的保護下進行掘進。板樁材料可采用木材和金屬材料兩種。木板樁用于厚度為3～6m的不穩(wěn)定表土層。金屬板樁可根據(jù)打樁設(shè)備的能力條件，適用于厚度8～10m厚的不穩(wěn)定土層，與其它方法相結(jié)合，應(yīng)用深度更大。如圖12-15。12/17/20228㈢提升方式1．汽車起重機。適用于井筒深度尚未超過30m的情況下，只能采用很小的吊桶，運行速度很慢。

2．三角架。它是一種用于井筒深度未超過20m的情況下，效率低，設(shè)備簡單，使用方便。三腳架構(gòu)件可用圓木，也可用鋼管，圖12-16。還有用雙面三角架的(圖12-17)。12/17/202293.簡易井架與小絞車提升。

從簡易井架的外形可分為人字形、帳幕式、一面坡、龍門架等幾種。它們配以小絞車和小吊桶，可用于井簡深度在20～50m范圍內(nèi)的表土施工，圖12-18為簡易帳幕式井架，12-19為龍門架。12/17/2022104、標(biāo)準(zhǔn)鑿井井架。12/17/202211表土施工的提升方式與施工程序是密切關(guān)聯(lián)的，在選擇時應(yīng)同時考慮。它們的確定主要取決于地質(zhì)條件扣施工方法，一般可分為以下幾種情況：利用簡易設(shè)備施工；直接利用鑿井井架施工；先利用簡易設(shè)備后利用鑿井井架等方法。12/17/202212二、井筒表土特殊施工法1．凍結(jié)法

凍結(jié)法鑿井就是在井筒掘進之前，在井筒周圍鉆凍結(jié)孔，用人工制冷的方法將井筒周圍的不穩(wěn)定表土層凍結(jié)成一個封閉堅固的凍結(jié)圈(圖12-20)，防止水或流砂涌入井筒，然后在凍結(jié)圈的保護下進行掘砌工作。待井筒掘砌到預(yù)計深度后，進行拔凍結(jié)管和充填，最后解凍。12/17/2022131）鉆凍結(jié)孔為了形成凍結(jié)圈，首先要在井筒周圍鉆一定數(shù)量的凍結(jié)孔，以便在孔內(nèi)安裝帶底錐的凍結(jié)管和底部開口的供液管。凍結(jié)孔一般等距離地布置在與井筒同心的圓周上，凍結(jié)孔間距一般為0.9～1.3m，孔徑為200～250㎜，孔深應(yīng)比凍結(jié)深度大5～10m。我國常用紅500型、紅旗油壓650型和TXB-A型旋轉(zhuǎn)式鉆機鉆凍結(jié)孔，對鉆孔的要求是，終孔直徑要比凍結(jié)管管箍外徑大10～25㎜，鉆孔偏斜率應(yīng)小于5%。12/17/2022142)凍結(jié)

(1)制冷過程整個制冷過程包括三個循環(huán)系統(tǒng)，即氨循系統(tǒng)、鹽水循環(huán)系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，如圖12-21所示。80~12016~20-25~-3512/17/202215(2)凍結(jié)方案凍結(jié)方案有一次凍全深、局部凍結(jié)、差異凍結(jié)和分期凍結(jié)等幾種。

一次凍全深方案的適應(yīng)性強，應(yīng)用廣泛；

局部凍結(jié)就是只在局部涌水部位進行凍結(jié)；

差異凍結(jié)又叫長短管凍結(jié)，即凍結(jié)管有長短兩種間隔布置；

分期凍結(jié)是當(dāng)一次凍結(jié)深度很大時，為了避免使用過多的制冷沒備而將全深分為數(shù)段(通常分為兩段)，從上而下依次進行凍結(jié)。12/17/202216(3)凍結(jié)段井筒掘砌采用凍結(jié)法施工，井筒的開挖時間要選擇適時，即當(dāng)凍結(jié)壁已形成而又尚末凍至井筒范圍以內(nèi)時最為理想，此時，既有利于掘進又不會造成涌水冒砂事故。但是，在凍結(jié)井筒掘進過程中很準(zhǔn)保證處于理想狀態(tài)，往往整個井筒被凍實，對于這種堅硬的凍土也耍采用鉆眼爆破法進行掘進，有條件時也可采用凍土掘進機掘進。凍結(jié)井壁一般都采用鋼筋混凝土或混凝土雙層井壁，外層井壁的厚度一般為400㎜，它是隨著掘進而砌筑的。內(nèi)層井壁一般厚600㎜，它是在通過凍土段后自下而上一次砌到井口。12/17/202217

2．鉆井法鉆井法鑿井，通常是利用大型回轉(zhuǎn)式鉆機，將井筒分次擴孔鉆成或是全斷面一次鉆成。

1)鉆進鉆進方式多采用分次擴孔鉆進，即首先用超前鉆頭一次鉆至井筒全深，而后分次擴孔，如圖12-22所示。

12/17/2022182)泥漿洗井護壁使刀具始終直接作用于未破碎的巖石面上。泥漿的另一個重要作用就是護壁。泥漿的護壁作用，一方面是借助本身的液柱壓力平衡地壓；另一方面是在井幫上形成泥皮，堵塞裂隙，防止片幫。3)沉井和壁后充填懸浮下沉井壁的施工如圖，12-23所示。

12/17/2022193．沉井法沉井法，就是在設(shè)計的井筒位置上構(gòu)筑帶刃腳的沉井井壁，而后在其保護下挖土，井壁隨著掘進面下沉，同時在地面上相應(yīng)地砌筑接高井壁。這種沉井方法通常稱做沉井法。

為了增加沉井的下沉深度，可采用在沉井上加外荷載的辦法使之強制下沉，這種沉井方法通常稱做強制沉井。

從施工情況來看，泥漿護壁淹水沉井法具有很大的優(yōu)越性，在國內(nèi)外用得都比較成功。它的概貌如圖12-24所示。

12/17/20222012/17/202221沉井時的破土方法有高壓水破土和鉆機破土兩種。高壓水破土方法，是用通過水槍噴嘴的高壓水射流破壞土層結(jié)構(gòu)，水的壓力力18～30大氣壓。用高壓水破土掘進時，一般都采用壓氣排渣。壓氣排渣設(shè)備的工作原理如同12-25所示。

沉井下沉到設(shè)計深度后，如果沉井的偏斜在允許范圍內(nèi)，應(yīng)及時進行注漿固井工作，使沉井井壁與井幫固結(jié)在一起，防止繼續(xù)下沉或漏水。注漿前一般需在水下澆注混凝土止水墊封底，以防止冒砂跑漿。如果刃腳已插入風(fēng)化基巖內(nèi)，也可以不進行封底而直接注漿。一般是利用預(yù)埋的泥漿管和注漿管向壁后注水泥漿。沉井和套井之間則耍用毛石混凝土充填。

12/17/2022224.2.2立井基巖施工

一、鉆眼爆破工作㈠鉆眼設(shè)備鉆眼通常采用手持式鑿巖機，近幾年已開始使用傘形鉆架(圖12-26)。12/17/20222312/17/202224㈡爆破工作

1．炸藥和起爆器材的選擇在立井施工中，工作面常有積水，要采用抗水巖石炸藥、水膠炸藥和硝化甘油炸藥。起爆器材通常采用國產(chǎn)8號秒延期電雷管，毫秒延期電雷管和導(dǎo)爆管索。放炮電源多采用交流電源，但電壓不得超過380伏。在有瓦斯或煤塵爆炸危險的井筒內(nèi)，必須采用煤礦安全炸藥和瞬發(fā)電雷管。使用毫秒延期電雷管時，最后一段的延期時間不得超過130毫秒。12/17/2022252．爆破參數(shù)的確定⑴炮眼深度是根據(jù)巖石性質(zhì)、鑿巖爆破器材和循環(huán)勞動組織等因素決定的。當(dāng)前在立井井筒施工中，炮眼的深度以淺孔或中深孔（2.0～3.5m）為宜。⑵炸藥消耗量是根據(jù)巖石性質(zhì)、井簡斷面大小和爆破要求等因素決定的。確定炸約消耗量的方法，可采用工程類比法或是根據(jù)《礦山井巷工程預(yù)算定額》選取，立井井筒基巖施工炸藥和雷管消耗量定額如表12-6所示。12/17/202226表12-6立井基巖施工炸藥和雷管消耗量定額10m12/17/202227⑶炮眼布置

在圓形斷面的井簡中，炮眼都按同心圓周布置。掏槽方式可采用直眼掏槽或錐形掏槽。炮眼數(shù)目和布置圈數(shù)是由具體的爆破條件決定的。若采用光面爆破，周邊眼間距E為400～600㎜；周邊眼與輔助眼圈間距(即最小抵抗線)Ｗ＝E/MM為周邊眼密集系數(shù)一般為0.8～1.0；輔助眼圈距和輔助眼間距，一般為0.7～0.9m，掏槽眼圈徑和眼距，可由掏槽方式和巖石性質(zhì)決定。

圖12-27為萬年風(fēng)井炮眼布置，主要爆破參數(shù)如表12-7。12/17/20222812/17/202229

⑷采用光面爆破時，為了取得比較好的光爆效果，周邊眼應(yīng)采用φ20～25㎜的小直藥卷或采用一般藥卷不偶合緩沖間隔裝藥結(jié)構(gòu)。⑸立井掘進中的聯(lián)線方式多采用并聯(lián)。若一次起爆的雷管數(shù)較多，采用并聯(lián)不能滿足準(zhǔn)爆電流要求時，可以采用串并聯(lián)或并串聯(lián)。⑹裝藥、聯(lián)線和放炮工作，必須嚴(yán)格遵守《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定。

12/17/202230二、裝巖提升

㈠裝巖工作目前已普遍采用抓巖機裝巖，實現(xiàn)了裝巖機械化。

在煤礦立井施工中多采用中心回轉(zhuǎn)式抓巖機其結(jié)構(gòu)如圖12-28所示，技術(shù)特征如表12-7。

12/17/202231提高抓巖生產(chǎn)率是縮短裝巖提升工序時間的重要途徑，在施工中應(yīng)泣急下列幾點：1．注意機械維修保養(yǎng)，使它經(jīng)常處于良好的工作狀態(tài)。2．提高操作技術(shù)，使抓取和投放動作準(zhǔn)確。3．改進鉆眼爆破工作使爆破后的巖堆，巖石塊度，有利于機械抓巖。4．吊捅直徑應(yīng)與抓斗張開直徑相適應(yīng)，提升能力滿足抓巖工作需要。

12/17/202232㈡提升工作

1．提升容器立井鑿井提升容器都采用吊桶。

2．提升鋼絲繩，提升鋼絲繩一般采用多層股不旋轉(zhuǎn)圓形鋼絲繩3．提升機，主要是單繩纏繞式卷筒提升機。4．提升輔助設(shè)施，包括提升天輪、導(dǎo)向穩(wěn)繩、穩(wěn)繩天輪、穩(wěn)繩懸吊鑿井絞車等。㈢排矸工作1．翻矸方式，人工翻矸和自動翻矸，（座鉤式自動翻矸如圖所示）2．排矸方法，采用汽車或礦車排矸。12/17/20223312/17/20223412/17/202235三、井筒支護㈠臨時支護⑴采用井圈背板⑵采用錨噴㈡永久支護⑴有料石井壁⑵混凝土井壁澆注混凝土井壁施工，先在地面攪拌站將混凝土攪拌好，然后經(jīng)輸料管或吊桶輸送到井下澆入筑壁模板內(nèi)?；炷翑嚢枭狭舷到y(tǒng)如圖12-29所示。

12/17/202236澆注混凝土井壁的模板有木模板和金屬模板。常用的金屬模板有裝配式、液壓滑開式和整體下移式等。整體下移式模板的結(jié)構(gòu)如圖12-30所示，其他類型模板的結(jié)構(gòu)可查閱《井巷工程施工手冊》。錨噴支護的施工工藝如圖12-31所示:12/17/202237四、立井施工輔助工作㈠通風(fēng)工作

⑴壓入式通風(fēng)，一般適用于井深小于400m的井筒。⑵采用抽出式通風(fēng)時，風(fēng)筒將工作面的污濁空氣向外抽，這時井筒內(nèi)為新鮮空氣，施工人員可盡快返回工作面。⑶當(dāng)井筒較深時，采用抽出式通風(fēng)為主，壓入式為輔的通風(fēng)，可增大通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)壓，提高通風(fēng)效果。風(fēng)機主要采用BKJ系列軸流式局部通風(fēng)機，也可采用離心式通風(fēng)機。一般采用兩臺不同能力的風(fēng)機并聯(lián)。風(fēng)筒直徑一般為0.5～1.0m。風(fēng)筒一般用鋼絲繩懸吊或者固定在井壁上，隨著井筒的下掘而不斷下放或延伸

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㈡井筒涌水的處理1．注漿堵水1）地面預(yù)注漿地面預(yù)注漿的鉆孔布置如圖12-32所示，鉆孔布置在大于井筒掘進直徑1.0～3.0m的圓周上。

注漿時，若含水層比較薄，可將含水巖層一次注完全深；若含水層較厚，則應(yīng)分段注漿。分段注漿的順序有兩種：一種是自上向下分段鉆孔，分段注漿；另一種是注漿孔一次鉆到含水巖層以下下3～4m，而后自下向上借助止?jié){塞分段注漿。

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2）工作面預(yù)注漿當(dāng)含水巖層埋藏較深時，可以采用井簡工作面預(yù)注漿。

工作面預(yù)注漿如圖12-33所示，注漿孔間距的大小取決于漿液在含水巖層內(nèi)的擴散半徑，一般為1.0～1.5m。12/17/2022403）壁后注漿

井筒掘砌完后，往往由于井壁質(zhì)量欠佳而造成井壁滲水，必須進行壁后注漿加固封水。壁后注漿一般是自上而下分段進行，段高視含水層賦存條件和具體出水點的位置而定，一般為15～25m。

井筒圍巖裂隙較大、出水較多的地段，應(yīng)在砌壁時預(yù)埋注漿管；在沒有預(yù)埋注漿管而在砌壁后發(fā)現(xiàn)井壁裂縫漏水的區(qū)段，應(yīng)用鑿者機打眼埋沒注漿管，如圖12-34所示。

12/17/2022414）漿液

⑴水泥漿液水泥漿液是由水泥和水以4：1～0.5：1的水灰比調(diào)制而成的漿液。

⑵水泥—水玻璃漿液水泥—水玻璃漿液，是由水泥漿和水玻璃的水溶液在注漿孔口或孔內(nèi)混合而成的。

⑶MG-646屬于化學(xué)漿液。它是以有機化臺物丙烯酰胺為主劑，配合其他藥劑以水溶液狀態(tài)注入含水層，發(fā)生聚合反應(yīng)形成具有彈性不溶于水的聚合物。

⑷鉻木素漿液由亞硫酸鹽紙漿廢液和重鉻酸鈉組成的。在廢液中主要利用的是木質(zhì)素磺酸鹽，它和重鉻酸鈉產(chǎn)生縮合作用生成凝膠，以達(dá)到加固和封水作用。12/17/202242井筒涌水量不超過8m3/h時，采用吊桶排水較為合適。井筒涌水量以不超過40m3/h時，采用吊泵排水。當(dāng)井深超過水泵揚程時，就要設(shè)置中間泵房進行多段排水。

為了減少工作面的積水，應(yīng)將工作面上部井幫淋水截住，在含水層下方設(shè)置截水槽，將水導(dǎo)入水箱或中間泵房而后排到地面，截水槽排水系統(tǒng)如圖12-35所示。

2．排水根據(jù)井筒涌水量的不同，工作面積水的排出方法有排水和吊泵排水兩種。12/17/202243㈢壓風(fēng)和供水工作立井井筒施工中，工作面打眼、裝巖和噴射混凝土作業(yè)所需要的壓風(fēng)和供水等動力通過并列吊掛在井內(nèi)的壓風(fēng)管（一般為φ150㎜的鋼管）和供水管（一般為φ50㎜的鋼管），由地面送至吊盤上方，然后經(jīng)三通、高壓軟管、分風(fēng)（水）器和膠皮軟管江風(fēng)、水引入各風(fēng)動機具。井內(nèi)壓風(fēng)管和供水管可鋼絲繩雙繩懸吊，地面設(shè)置藻井絞車懸掛，隨著井筒的下掘而不斷下放；也可直接固定在井壁上，隨著井筒的下掘而不斷向下延伸。工作面的軟管與分風(fēng)（水）器均采用鋼絲繩懸吊在吊盤上，放炮時提至安全高度。12/17/202244㈣其它輔助工作1．照明與信號在井口和井內(nèi)，凡是有人操作的工作面和各盤臺，均應(yīng)設(shè)置足夠的防爆、防水燈具。立井施工時，必須建立以井口為中心的全井信號系統(tǒng)。2．測量工作井筒中心線是控制井筒掘砌質(zhì)量的關(guān)鍵，除應(yīng)設(shè)置垂球測量外，平時一般采用激光指向儀投點。

3．安全梯當(dāng)井筒停電或發(fā)生突然冒水等其它意外事故時，工人可借助井內(nèi)設(shè)置的安全梯迅速撤離工作面。

12/17/202245五、立井施工設(shè)備的布置㈠鑿井結(jié)構(gòu)物及主要設(shè)備1．鑿井井架目前主要是采用裝配式金屬鑿井井架，由天輪房、天輪平臺、主體架、卸矸臺、扶梯和基礎(chǔ)等部分組成。各種鑿井結(jié)構(gòu)物及主要設(shè)備布置如圖12-36所示。

天輪平臺是鑿井井架的重要組成部分，它由四根鋼梁和一根中梁組成的框架如圖，12-37所示。

12/17/20224612/17/202247

2．卸矸臺卸矸臺的用途是將吊桶提出的矸石翻入溜槽，而后經(jīng)溜槽裝入礦車或汽車。

3．封口盤與固定盤4．吊盤與穩(wěn)繩盤5．提升機與鑿井絞車12/17/202248㈡井筒內(nèi)施工設(shè)備布置1．吊桶位置1）采剛臨時提升機鑿井時，應(yīng)考慮井架受力均衡和地面沒置提升機的可能性，提升機房位置應(yīng)不影響永久建筑物施工。2)吊桶應(yīng)盡量布置在永久提升間內(nèi)，并使提升中心線與罐籠出車方向或箕斗井臨時罐籠出車方向一致，以利于井底車場施工時的提升改裝和井簡裝備工作。3)吊桶應(yīng)盡量靠近地面卸矸方向一側(cè)布置，使溜矸槽少占井筒有效面積和避免溜矸槽裝車高度不足。4）吊桶與其他設(shè)備的間隙必須滿足《煤礦安全規(guī)程》和《礦山井巷工程施工及驗收規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。12/17/202249

2．抓巖機位置抓巖機的位置應(yīng)充分發(fā)揮抓巖機的效率，滿足它與其他設(shè)備間安全間隙的要求。3．吊泵位置吊泵的位置應(yīng)靠近井幫，不影響抓巖機的工作，布置在溜矸槽的兩側(cè)或?qū)γ妫硗獾醣煤偷跬皩ΨQ布置。以上主要設(shè)備的位置初步確定后，便可確定封口盤，吊盤等主梁的位置。其他設(shè)備和管線如安全梯、風(fēng)筒、壓氣管等，應(yīng)結(jié)合井架類型、允許的出繩方向和地面鑿井絞車的布置條件，在滿足安全間隙的前提下予以適當(dāng)布置。12/17/202250圖12-39是井筒施工設(shè)備在井內(nèi)布置的一例。根據(jù)井筒施工設(shè)備布置圖，便可進行天輪平臺和地面提絞設(shè)備布置。

12/17/202251六、立井井筒安裝工作㈠分次安裝如圖12-40所示。先在吊盤上從井口自上而下安裝全部罐道梁、梯子間和電纜卡子等，然后再自下向上在吊架上安裝罐道，最后從井底向上安裝管路。

井筒安裝工作的內(nèi)容包括：罐道梁、罐道、管路、電纜、梯子間和井底金屬支撐結(jié)構(gòu)等的安設(shè)。12/17/202252㈡一次安裝一次安裝井筒裝備的方式如圖12-41，就是從井底向上利用多層吊盤或帶吊架的吊盤，一次將罐道粱、罐道、梯子間、管路電纜等全部安裝完。即在吊盤上層盤上挖梁窩或打錨桿眼，在下層盤上安裝罐粱和管路等，在吊架上安裝罐道。

12/17/202253七、立井井筒施工作業(yè)方式根據(jù)掘進、砌壁和井筒安裝工作在時間和空間上的不同安排方式，立井井筒施工作業(yè)方式組成多種作業(yè)方式，歸納起來大體上可分為三種：掘、砌單行作業(yè)，掘、砌平行作業(yè)，掘、砌混合作業(yè)和掘、砌、安一次成井。

㈠掘、砌單行作業(yè)掘、砌單行作業(yè)，將井筒劃分為若干段高，就是一段井筒掘完后停止掘進工作，而后進行永久支護工作。也就是掘砌工作在同一井段內(nèi)先后依次完成。12/17/202254單行作業(yè)又分為長段掘砌單行作業(yè)和短段掘砌單行作業(yè)。

長段掘砌單行作業(yè)，是將井筒白上而下分成若干個井段，在每個井段內(nèi)首先自上而下進行掘進，待該段井筒掘完后再自下而上進行該段井筒的永久支護。每個井段的高度視圍巖穩(wěn)定性而定，一般以30～40m為宜，最大不應(yīng)超過60m。

長段單行作業(yè)的優(yōu)點：占用施工設(shè)備少，施工組織簡單便于管理，井筒掘進工作比較安全，它是立井施工中最常用的方案。短段掘砌單行作業(yè)的特點是段高較小，每掘進一短段井筒后就立即進行永久支護。采用這種作業(yè)方式時，段高2～3m為宜。

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