平煤二矿放炮监控系统设计方案王新安.docx
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平煤二矿放炮监控系统设计方案王新安
平煤股份二矿
本质安全型放炮监控系统（KJ387）
方案设计
河南业基实业有限公司
2011年度
1.概述
平煤二矿位于平顶山矿区中部，程平中路44号院，地理坐标：
东经113°16′30″至113°19′30″，北纬33°45′00″至33°46′00″。
二矿南距平顶山市火车站约4公里，由该站往东至孟庙火车站约70公里与京广线相接，向西至宝丰火车站约28公里与焦枝线相接。
煤矿专用铁路通过矿内与国铁接轨。
矿区公路公路网与河南省主要公路连接，交通十分便利。
建矿以来二矿在集团公司领导的精心关怀下二矿人一步一个脚印，一步一个辉煌正在大跨步的向前高速发展。
1.1.总体设计思想
为了贯彻国家四部委的文件，落实省局和集团公司的有关会议精神，为了加强下井人员的安全管理，建设“本质安全型矿井、数字化矿山”，矿领导决定建立本质安全型放炮监控系统。
煤矿领导非常重视安全生产，近一两年来在质量标准化、安全监测监控、安全管理、安全教育等方面投入了大量资金，使安全生产环境发生了根本性的变化，安全生产呈现出逐渐步入持续稳定轨道的大好形势。
在安全管理上“以人为本”，突出以人为中心的地位和管理手段，是“安全第一”的思想在新形式下的具体延伸和体现。
“以人为本”一方面,要求所有的安全管理，都必须以保障人的安全，改善人的安全条件为目标；另一方面，就是要加强对人的规范和管理，提高职工的自觉性和创造性，减少直至消灭人为隐患。
煤矿领导尤其重视放炮管理的安全性。
根据平煤二煤矿目前的放炮管理状况，为了达到放炮管理的“本质安全”，杜绝放炮过程出现的人员误入放炮不安全区域、哑炮、不三人连锁和放炮全过程中的不安全因素的监控，为了实现“本质安全管理”，对整个放炮过程的实施闭锁管理。
1.2.概况
项目名称
平煤股份二矿智能连锁放炮监测监控系统。
（KJ387）
项目承建单位
本项目由河南业基实业有限公司、北京龙德时代科技发展有限公司承建，协作单位包括清华大学、北京科技大学。
1.3.项目内容
1.3.1设计原则
智能连锁放炮监测监控系统的设计贯穿了“本质安全”理念，就是“不安全就不能放炮，不安全就放不响”的理念。
实现放炮管理由“措施管理”到“本质安全管理”的飞跃。
放炮过程中的不安全因素的实时监控，重点是对瞎炮、哑炮的杜绝；放炮不安全区域人员的误入、三人连锁、安全距离控制。
通过“十个不能，一个监控”来实现现场的实时监控，具体如下：
十个不能：
（1）放炮安全距离不够，就不能放炮；
（2）不进行三人连锁，就不能放炮；
（3）网络电阻超限可能有瞎炮，就不能放炮；
（4）瓦斯超限，就不能放炮；
（5）煤尘超限，就不能放炮；
（6）风量不足，就不能放炮；
（7）喷雾设施没有打开，就不能放炮；
（8）有人在危险区域，就不能放炮；
（9）没有停电，就不能放炮；
（10）其他安全隐患，就不能放炮。
一个监控：
矿山各级领导能够通过网络对放炮全过程进行实时监控。
1.3.2建设原则
1．与现场紧密结合，充分利用目前矿已经安装井下光纤、安全监控系统的设施，做到费用最省，效益最好。
2．前瞻性和实用性：
系统体现世界前沿的本质安全型矿井的理念和技术，为矿山企业提供的放炮监控系统，不仅考虑到行业的普遍性和业界顶尖技术与实践结果，而且符合煤炭企业的实际情况。
3．先进性：
提供国内最好、最先进的产品。
2.总体需求分析
2.1放炮事故的危害分析
放炮引起的矿山事故造成的死亡人数，占整个煤矿事故死亡人数的30%左右右，每年因此死亡2000人左右，放炮引起的重特大事故占到了重特大事故的60%-80%多，而且，放炮事故占的事故比重还在不断上升。
其根本原因在于，技术落后，以及因为技术落后导致的管理落后、标准落后等。
2.1.1近几年放炮引起的事故在煤矿事故中所占的比重
通过上述报道，我们看到了在煤矿事故中放炮是一个重要的诱发因素，这个诱发因素有多大呢？
让我们看看下列事实：
1．放炮事故造成的死亡非常惊人
放炮事故造成的人员死亡，占煤矿事故总死亡人数的30%左右，最近几年全国煤矿每年事故死亡5000-6000人左右，其中放炮造成的大约2000人左右。
自建国到现在，全国煤矿放炮事故造成的死亡人数，已经达到100000人之多！
2．放炮是重大特大事故的最大诱发因素
1）根据对最近3年（2003-2005）的我国煤矿重大特大事故的统计分析，发现放炮事故占特大事故的60%以上。
山东省煤矿1999年-2006年，放炮引起的事故占到了重大特大事故的80%以上。
3．放炮是瓦斯爆炸和煤尘爆炸占爆炸事故的最主要的导火索
根据2004-2005年的数据，在重大特大瓦斯事故和煤尘事故中，放炮引起的达到了60%以上，电火花引起的约30%以上，另外的是其他火源引起。
4．安全管理好的省份放炮事故占的比重更大
山东就是最好的例子，在重大特大事故中放炮事故有些年份占到了80%以上，重特大的事故几乎都是放炮引起的煤尘爆炸事故，远远大于全国的平均水平。
这主要是因为他们推广新技术的力度大，在传统的事故多发的顶板、电火化引起的瓦斯事故等方面，事故得到了比较有效的遏制，放炮由于技术的进步不明显，事故没有得到有效遏制，事故率反倒相对上升。
5．放炮事故所占比重有上升的趋势
近年来，由于在科技、管理方面加大治理的力度，其他几类主要事故在煤矿事故中占的比重逐渐降低。
顶板事故，随着综合机械化采煤、锚喷支护等技术的大面积推广应用，事故率已经大幅下降。
由电火花引起的瓦斯爆炸事故，也由于防爆技术的不断完善，也在明显减少。
相反放炮事故由于放炮技术以及放炮管理技术没有大的提高，造成放炮事故在相对增加。
例如山西省最近几年的情况如下图。
6．非煤矿山企业放炮引起的死亡事故也占到了36%以上
据官方公布的资料，2006上半年非煤矿山企业发生事故793起985人死,从事故类别来看，上半年全国非煤矿山重大事故主要集中在冒顶片帮（坍塌）事故和放炮事故，共计30起、死亡106人，分别占重大事故起数和死亡人数的91.7%和83.5%。
其中放炮引起的事故13起，死亡47人，分别占重大事故的36%和37%。
2.1.2放炮事故的主要类型
违章放炮引起的事故主要有五类
第一类是：
放炮引起的煤尘爆炸事故；绝大多数（90%以上）煤尘爆炸事故都是放炮引起的！
第二类是：
放炮引起的瓦斯爆炸事故，这类事故中放炮引起的占了60%以上的比例。
第三类是：
放炮本身造成的伤亡事故，主要指放炮人员没有撤出，炸死人员；放炮警戒不严格，炸死人员等等违章放炮造成的事故！
第四类是：
放炮引起的突水、瓦斯和煤层突出事故；
第五类是：
爆破器材、火工品流落到社会上造成的事故。
例如，放炮员盗出发爆器、炸药雷管炸鱼、给小煤井等使用，炸死人。
有人甚至拿去炸铁路等等。
给人民生命财产安全，给社会稳定带来重大危害！
2.1.3放炮事故增加的原因剖析
1．放炮技术落后是放炮事故居高不下的根本原因
起爆技术数十年来没有根本性的发展，放炮依靠的设备器材是炸药、雷管、发爆器。
但是，发爆器从建国以来基本没有变化。
发爆器的制造的理念仅仅基于“起爆”就可以了，没有起爆安全的理念。
起爆器技术的落后，导致了大量的违章操作得不到有效制止，造成了大量的事故。
2．放炮管理技术的落后，造成国家有关放炮管理的规程、制度得不到根本执行，管理方面时松时紧，放炮事故也是时多时少。
1）由于缺少有效的管理技术，国家有关放炮管理的法规得不到有效执行国家有关部门制定了《爆破作业规程》、《煤矿安全规程》等放炮的标准，每个企业又针对自己的特点制定了本单位的放炮管理制度，每个工程都有放炮的针对措施，严格按照规程来，肯定不会出现放炮事故。
但是，根据有关规程，放炮作业有14个大步骤，77个小步骤，繁多复杂，甚至不容易记住，作业过程最少需要3个人完成（正常需要6个人完成）。
目前的管理技术，还是停留在“口传口、手传手”的原始水平阶段。
严酷的事实证明，在没有“硬”的监督手段之下，工人们很容易违章操作，造成事故。
2）对于煤矿最危险的工序---放炮，竟然没有监控系统
近年来，国家强力推广安全监控系统，对于预防事故，减少事故起到的很好的作用。
但是，对于发生事故最多、危害最大的放炮，竟然没有一个监控系统可以推广使用。
无论从何种意义上来讲都是煤矿安全监控系统、煤矿安全管理的一个非常大的缺憾。
3．管理体制不理顺，管理手段、管理技术落后是放炮事故发生的主要原因管理体制不理顺，多头管理、管理混乱，主要表现在下列三个方面:
一是放炮管理的牵头的部门混乱，有的归通风部门、有的归掘进部门、有的归安全检查部门，有的公安部门。
除了通风部门负责牵头，管理体系能够理顺以外，其他部门牵头，放炮管理和瓦斯煤尘管理之间的协调容易出现脱节，也就容易造成事故。
例如，山东放炮事故比较多的矿业集团和煤矿，往往都不是通风部门主管放炮，是由公安或者其他部门主管。
从全国来看，由通风部门主管的单位，事故就少得多了.
二是放炮员管理不理顺，放炮员和放炮作业不能统一管理，放炮员和放炮作业绝大部分仍然归掘进或者采煤区队直接管理，这样放炮员的专职性功能不确定，往往使放炮工作成为兼职工作。
结果放炮的学习不容易组织，放炮技术得不到提高，放炮规章制度得不到全面贯彻。
三是发爆器的统一管理流于口头，到现在90%以上煤矿还是由放炮员私自存放管理，发爆器得不到有效的检查和维修，造成大量隐患发爆器在一线使用。
4．相关国家标准和行业标准落后,制约了放炮技术和管理水平的提高.
标准的落后表现在两个方面:
一是《矿用电容式发爆器》的国家标准数十年来没有大的变化，直接造成我国煤矿数十年来，一直大量使用安全标准低，极容易出现违章操作的发爆器。
煤炭行业的闭锁发爆器标准的出现，由于产品的实用性受到甲方怀疑，以及推广工作的不力，相关产品一直没有推广开来。
二是管理标准落后，包括《煤矿安全规程》、《爆破作业规程》、《质量标准化标准》等标准的落后是另一个标准落后，管理标准落后是造成管理落后的主要原因,例如对于放炮这样一个煤矿中最危险的工序，缺少一个监测监控系统，《煤矿质量标准化标准》中对于放炮的管理缺少应该有的严格规定。
2004版《煤矿安全规程》更有放宽放炮管理的嫌疑，该版《煤矿安全规程》取消了原有的可以说是非常有效的管理手段-----“三人连锁放炮”的规定，这造成了放炮管理要放宽的误导。
这种政策性的反面导向造成的后果是非常可怕的！
5．事故统计口径存在问题，极大地淡化了放炮的重要性
查一下《中国安全生产年鉴》等政府部门的权威资料，你就会发现放炮事故仅仅占3%-11%，似乎占得比例非常小，不足以为虑。
但是，其实这仅仅是放炮事故中的非常少的一部分！
仅仅是放炮事故中的一类----就是放炮直接炸死人的事故。
更大量的放炮引起的瓦斯、煤尘等事故放到了瓦斯事故里，将放炮引起的突水放到了水害事故里等等。
因此从统计口径上淡化了放炮的重要性，造成通报、宣传、汇报等情况下，不能直观地看到事故的原貌。
极大地淡化了放炮引起的事故的比重。
由此，误导了决策。
6．国家在制定有关政策方面，“忽视”了放炮。
无可否认的受统计资料的影响，国家主管部门对于放炮的管理“忽视了”----没有达到应该有的重视程度。
主要表现在科技投入不足、发爆器国家标准落后、《煤矿安全规程》对放炮管理的轻视、质量标准化标准不严格、统计口径忽视等等。
2.1.4消灭放炮事故的对策
1．改变思维、创新观念，用“本质安全”的理念，统领放炮设施的设计制造、有关标准制定、管理制度的制定，从设备上从系统上确立不安全就不能放炮的“本质安全理念”。
2．加快技术创新，推广以“本质安全”的理念制造的智能连锁放炮监测监控系统等，并依此带动标准的改变、制度的改变。
3．修改有关发爆器制造、使用、管理的国家标准，完善放炮管理的技术标准，淘汰旧的发爆器和放炮管理技术，积极推广新式的发爆器和智能连锁放炮监控系统。
4．完善《煤矿安全规程》，恢复安全规程中三人连锁放炮的规定。
5．完善统计报告的事故分类方法，充分利用信息技术的成果，按照引起事故的原因细化事故分类，突出对于详细事故原因的分析，为完善安全措施，提供更直接的决策依据。
按照“本质安全”的新思维、新理念设计研发本质安全型发爆器和智能连锁放炮监控系统，促进放炮技术和放炮管理技术的进步，无疑是遏制消灭放炮事故的根本所在。
放炮监控终端和放炮监测监控系统的研发和应用，将全面实现“不安全就不能放炮”，是放炮技术和放炮管理技术实现飞跃，为从根本上遏制消灭放炮事故，实现矿山安全形势的根本好转提供了一个可靠的技术保障。
2.2应用需求分析
我们提出的智能连锁放炮监测监控系统，有如下目的和主要特点：
1、以本质安全型为基本的理念、为基本的出发点，以本质安全型的控制为根本。
对于生产系统来讲，就是不安全就不能生产；对于安全设施、安全系统来讲，就是不安全就不能放行、不安全就提示、报警、闭锁；对于管理指挥系统来讲，不安全的命令就发不出去，不安全的信息得到及时的处理、报警、提示、闭锁；对于职工来讲，不安全行为、不安全的操作不能执行，不安全的人员不能上岗；
2、以自动化为实现手段，将本质安全的理念贯穿到矿山安全、生产、管理的各个方面：
在生产方面：
通过现本安设备的推广或者通过对已有设备的、信息化改造，实现自动控制，通过监控系统和设备的一体化或者数据的共享，实现在不安全生产条件下，设备和系统自动停止运行，从而实现生产系统的本质安全。
在安全设施、安全系统方面，通过装备信息化的建设改造，实现不安全就不能进行进一步的作业。
如，在放炮方面，装备本质安全型的智能连锁放炮监测监控系统，实现瓦斯超限、煤尘超限、不进行三人连锁、安全距离不够、网络电阻不合格等等不安全条件下，就不能放炮；在下井人员管理方面，实现超员就不能下井，通风系统管理方面，系统超限、故障等，系统自动报警提示，并发出自动撤人信息，自动启动撤人系统等等。
在安全管理方面，对于安全信息实现自动分析处理，实现不安全的人员不能下井作业，不安全的问题得到自动、及时处理，不安全的行为得到自动、及时制止。
3.总体方案
3.1.方案设计规范和标准
《煤矿安全规程》2011年；
《煤矿安全监控系统通用技术要求》AQ6201-2006；
《煤矿井下人员管理系统通用技术要求》AQ6201-2007；
《煤矿安全生产监控系统通用技术条件》MT/T1004-2006；
《煤矿用信息传输装置》MT/T899-2000；
《煤矿安全生产监控系统软件通用技术要求》MT/T1008-2006；
《煤矿用信息传输装置》MT/T899-2000；
《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求》MT209-90；
《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》GB3836.1-2000；
《爆炸性环境用防爆电气设备隔爆型》GB3836.2-2000；
《爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备要求》GB3836.4-2000；
《矿用一般型电气设备》GB12173-1990；
《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》GB/T50169
《计算机软件开发规范》GB8566
《计算机软件产品开发文件编制指南》GB8567-88
《计算机软件需求说明编制指南》GB9385-88
《电子设备用图形符号》GB/T5465----1996
《通用用电设备配电设计规范》GB50055-93
其他相关的规范和标准
3.2.系统基本功能
对放炮过程中的“不安全因素”的实时监控，重点是对瞎炮、哑炮的杜绝；放炮不安全区域人员的误入控制；三人连锁控制；安全距离控制。
3.3.功能实现办法
通过“十个不能，一个监控”来实现现场的实时监控，具体实现如下：
十个不能：
（1）放炮安全距离不够，就不能放炮；（从而确保放炮的安全距离）
（2）不进行三人连锁，就不能放炮；（确保放炮时，责任人必须到现场完成自己的职责）
（3）网络电阻超限，就不能放炮；（杜绝瞎炮、哑炮的产生）
（通过，母线电阻测量和网络电阻测量，在测量值不合格时，自动对放炮监控终端（FD200LS）的充电系统进行闭锁。
当网络电阻超过标准值时，放炮监控终端（FD200LS）自动闭锁，不能充电放炮；
当电阻值小于标准值，但是一直在波动，说明接线不牢固，不能放炮；
网络电阻虽然没有超限，但是，阻值不断增加，说明母线或者脚线落水，容易出现瞎炮，放炮监控终端（FD200LS）将自动闭锁，不能充电放炮。
）
（4）瓦斯超限，就不能放炮；
（5）煤尘超限，就不能放炮；
（6）风量不足，就不能放炮；
（7）喷雾设施没有打开，就不能放炮；
（8）有人在危险区域，就不能放炮；
（9）没有停电，就不能放炮；
（10）存在其他安全隐患，就不能放炮。
一个监控：
矿山各级领导能够通过网络对放炮全过程进行实时监控。
3.4.系统组成
前期先按二矿井下2个放炮地点来设计、井下有工业传输光纤所以平煤二煤矿的本安放炮监控系统的主要组成如下：
1、主系统：
监控主机2台（含备用1台），放炮监控数据传输装置3台，终端管理机1台，系统软件1套（含网络管理软件），放炮终端管理软件1套等组成。
2、井下设备：
由6台放炮区域控制器，安全距离定位器3台、放炮监控器9台，放炮监控终端9台，放炮监控卡300张、三人连锁卡30个、报警装置3台、及本安电源6台、无线瓦斯传感器9台，虹膜识识别仪2台通讯电缆等组成。
具体配置表详见附表。
设备的布置具体情况如下图：
系统结构如下示意图
平煤二煤矿放炮监控系统详细配置报价表：
包号（或标段号）/序号
设备名称
型号和规格
数量
A1
本安型放炮监控系统主机
研华，19液晶
2
A2
放炮监控数据传输装置
KJ225-J
3
A3
放炮监控系统软件
KJ387
1
A4
发爆器管理机
LD-2008
1
A5
发爆器管理系统软件
LDFBQ-1
1
A6
本安电源
KDW17/18-J
5
A7
本安电源
KDW0.7/18-J
3
A8
放炮监控器
KJ225-S
15
A9
三人连锁卡
KJ225-k1
21
A10
放炮监控卡
KJ225-K
300
A11
放炮监控终端
FD200LS
9
A12
通信线缆
MHYVRP1x2/0.52
2500
A13
通信线缆
MHYVP1*4*7/0.42
3500
A14
接线盒三通
JHH-3
50
A15
接线盒二通
JHH-2
40
A16
电源线缆
MVV-3*1.5
500
A17
放炮区域控制器
KJ225-F
8
A18
语音报警器
KXB127
4
A19
安全距离定位器
KJ225-S
5
A20
虹膜识别仪
3
A21
无线瓦斯传感器
9
A22
光纤分站
3
参数测定仪
FCY-II
1
手持检卡器
KJ225-S2
1
总价
3.5.操作方法与步骤及原理
步骤1设备上电
首先用磁性钥匙打开磁性开关，给控制电路供电；此时液晶屏会显示开机主界面。
语音警示仪提示“放炮终端上电”。
步骤2网络电阻测量
将爆破网络的两端分别连接到专用测量端子上，如果电阻值超出允许范围，将提示爆破网络连接有问题，应该马上检查，一切合格后再重新进行操作；如果电阻值在允许范围内，液晶提示进行充能操作。
语音警示仪提示“请进行网络电阻测量”。
步骤3爆破区域检测
爆破监控终端开机后会自动检测爆破区域，如果在区域内，则可以进行后续操作；如果不在区域内，则不能进行后续操作。
语音警示仪提示“请进行爆破安全距离监测”。
步骤4人员信息验证
爆破安全区域检测通过后，根据液晶提示，通过对专职人员的虹膜和三人连锁卡进行三人连锁验证，验证通过后，方可进行下一步骤。
语音警示仪提示“请进行三人连锁监测”。
步骤5等待上位机指令
人员信息验证通过后，根据液晶提示，进入等待上位机指令界面，此时监控主机会根据各种数据判断危险区域是否有人，瓦斯是否超限等环境参数，符合爆破条件将进入下一步。
语音警示仪提示“请进行危险区域人员监测、环境参数监测”。
步骤6充电和爆破
用专用钥匙将爆破开关位置拨到“充电”位置，进行充电。
当充电指示灯亮起时，说明充电完成，可以爆破，此时，将爆破钥匙拨到“爆破”位置即可完成一次爆破操作。
语音警示仪提示“一切正常，允许放炮”。
步骤7爆破工作操作完成，请将防尘帽带好。
语音警示仪提示“爆破完成，请将防尘帽带好”。
3.6.基本功能实现的原理与途径
1.放炮安全距离不够，就不能放炮。
通过放炮监控终端（FD200LS）和安全距离定位器综合作用实现的，使用时按照煤矿安全规程设定好安全距离的，在放炮安全位置处设定一台安全距离定位器，放炮监控终端（FD200LS）只有收到设定的定位器发出的信号时，才能启动进入工作状态，否则，不工作。
2.不进行三人（多人）连锁，就不能放炮。
确保放炮时，责任人必须到现场完成自己的职责。
通过虹膜识技术和三人连锁卡射频技术实现，如三人联锁中其中一人离开放炮监控周边一定距离，系统将自动闭锁，不能放炮。
此虹膜技术能够准备无误的采集传输人员信息，靠近设备，并按照设备的语音提示观看一下镜头，就完成识别过程，下传给放炮监控终端机，实现三人联锁放炮。
3.网络电阻超限或者不合格（可能有瞎炮），就不能放炮。
瞎炮处理是放炮过程的一个很大安全隐患，瞎炮处理非常容易造成人员伤亡事故。
智能放炮监控系统，可以提前预测是否可能产生瞎炮，以便于提前采取措施，预防瞎炮的产生，实现本质安全。
坚决杜绝因双绞线接线不牢、不标准而引起的落炮，从而有效的杜绝瞎炮、哑炮。
这种不合格状态有三种情况：
一是，数值超标，就不能放炮；
二是，数值虽然不超标，但是一直在波动，就不能放炮；
三是，数值虽然不超标，但是一直在升高，就不能放炮。
4.瓦斯超限，就不能放炮。
瓦斯检测值从两个方面获得：
一个是现场悬挂的无线瓦斯传感器获得，无线瓦斯传感器由放炮员随身携带，也可以悬挂在现场可能有瓦斯超限的地方，该传感器采用无线传输的方式将瓦斯数据传输到系统中；
另一个就是从矿现有安全监控系统的地面主机获取瓦斯数据。
5.煤尘超限，就不能放炮。
当煤尘超限时，系统自动闭锁不能放炮。
煤尘数据来源可以通过两种途径实现，一个是在放炮监控终端（FD200LS）上直接接入煤尘传感器，直接由传感器控制起爆系统。
另一个是，本系统直接获取矿提供的粉尘监控系统设定位置的煤尘数据。
6.喷雾设施没有打开，就不能放炮。
放炮之前必须喷雾降尘，严防煤尘爆炸。
放炮规程规定，放炮前必须首先打开喷雾设施降尘。
本系统可以将喷雾设施是否打开作为控制放炮的条件。
信号接入的途径有两种，一是直接接入已有安全监控系统的防尘喷雾的开关信号（当然，信号必须能够数字化）根据开关信号判断是否可以放炮，也可以将喷雾设施的开关量直接接入放炮监控终端，直接开关由传感器控制起爆系统。
7.有人在放炮危险区域，就不能放炮。
就是放炮时，首先监
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