煤矿某采区设计说明书129.docx

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煤矿某采区设计说明书129

第一章矿井基本情况

**矿井由原煤炭部兖州煤矿设计研究院设计，设计年生产能力为150万t，2002年省煤炭局核定年生产能力为240万t，系一对机械化程度较高的大型矿井。

矿井为立井开拓方式，设计两个水平开拓，第一水平（即目前开采水平）标高为-320m，第二水平标高为-450m。

矿井一水平原设计共划分11个采区，其中北翼6个，分别为：

北二、北四、北六、北八、北十、北十二采区；南翼5个，分别为：

南一、南三、南五、南七、南九采区。

后来由于井田边界和采区重新划分，北四采区划归北八采区开采，北六采区大部分划给柴里井田，只保留小部分。

另外，北十、北十二采区3煤因其埋藏较深，利用一水平开拓很不经济，在进行二水平开拓延深方案设计时，将其划归二水平开采，这样一水平现在只剩8个采区。

一水平主采3上、3下煤层，均为近水平中厚及厚煤层，可采总厚度7m左右，采用单一长壁全部垮落采煤法，有综采和高档普采两种采煤工艺。

矿井于1988年9月28日移交生产管理并试生产，1989年6月24日正式投产，先后动用了南一、北二、南三、北八、南七共5个采区，其中2004年内有南一、北二、南三3个采区开采结束，北八、南七成为矿井的主采区。

两个主采区中，南七采区由于实际揭露的地质情况要远远复杂于采区设计时提交的地质报告，采区的可采储量大为减少，也影响了正规综采工作面的布置，降低了采区的生产能力，对矿井的生产能力也产生一定的影响，现正在开拓其接替采区—南九采区；而北八采区现已开采5年，正规工作面已不多，大部分储量为柴里村和大屯村下压煤，为保证矿井的稳产高产和南北翼的均衡生产，北翼应尽早为北八采区开拓新的接续采区，为此我们拟设计北六采区。

第二章采区概况

一、采区位置

1、地面位置：

2、井下位置：

北六采区位于-320m水平北大巷的西侧，北二和北八采区的西部，南三采区的北部，为矿井西部边缘采区。

二、采区边界及面积

北六采区南部与南三采区相接，东部和北部以王庄断层与北二采区和北八采区为界，西部以高庙断层与柴里井田相邻。

采区南北走向长2160m，东西倾斜宽120～560m，面积1.02km2。

三、开采范围

本设计只开采3上、3下煤层，其它煤层不作考虑。

3上煤层埋深在301.74～347.09m之间，标高为-262.16～-309.9m；3下煤层埋深在320.6～352.72m之间，标高为-281.02～-315.53m。

四、邻区采掘情况

东部的北二采区、北部的北八采区和南部的南三采区均已开采，西部的柴里井田据调查已采动。

本采区的开采在层位关系上对邻区不会造成影响。

第三章采区地质特征

一、地质构造

本采区以断裂构造为主，除王庄和高庙两条边界断层外，区内还有王庄支断层和13－5逆断层，走向基本为NE向，均位于采区南部，两条断层控制程度均一般，实际摆动位置尚有待检验。

二、煤层赋存情况及煤质

采区内可采煤层为3上、3下两煤层。

3上煤层在区内发育稳定，结构较复杂，局部含夹矸，煤厚在0.8～6.17m之间，平均4.96m；煤层倾角比较平缓，一般在0°～15°之间，平均7°。

伪顶为黑色泥岩，厚度0～1.05m；基本顶为细砂岩，厚度3.8～16.02m，灰－深灰色。

底板为炭质泥岩，较破碎，厚度0.6～18.52m。

3下煤层全区发育稳定，但结构复杂，煤厚在2.65～10.01m之间，平均厚4.53m；倾角平缓，一般0°～15°，平均7°。

顶板即为3上煤的底板，厚0.6～18.52m。

3下煤层底板为深灰色粉砂岩，厚1.37～7.4m，平均5.6m。

3上、3下煤层在采区中部基本合并，层间距最小处仅0.6m，由中部向四周逐渐变大，最大层间距为18.52m。

煤质：

3上、3下煤层工业牌号均为1/3焦煤，煤质较好。

3上煤层水分1.98%，灰分15％，挥发分24％，硫分0.7％，发热量21.47MJ/kg。

3下煤层水分1.88%，灰分15.24％，挥发分23.67％，硫分0.81％，发热量22.18MJ/kg。

三、瓦斯、煤尘及煤的自燃发火倾向

1、瓦斯：

为低沼气矿井和低二氧化碳矿井。

2、煤尘：

3上、3下煤层煤尘爆炸指数分别为41.54％、44.34％，有爆炸危险性。

3、自燃：

3上、3下煤层均有自燃发火倾向，通过在实验室低温模拟实验，3上最短发火期43天，3下最短发火期34天

四、水文地质

1、含水层

区内含水层有第四系砂层、上侏罗系砾岩、二迭系石盒子组底部粗砂岩层、3煤顶板砂岩、三灰等。

二迭系石盒子组底部粗砂岩含水层富水性强、径流条件好、有相当的补给水源，对回采影响较大。

三层灰岩含水层平均厚7.1m，属裂隙溶洞水，富水性强而不均一，在掘进过程中遇到该层水时，应坚持提前探放。

2、钻孔水

区内除90－6和99－1两个钻孔外，其余钻孔多为封闭不良钻孔，在开采之前，一定要重新启封，以免上覆含水层水沿钻孔导入井下。

采区正常涌水量预计70m3／h，最大涌水量预计120m3／h。

第四章采区开采

第一节采区储量、采煤方法及采区参数

煤

层

能利用储量

合计

暂不能利用储量

合计

开采

损失

可采

储量

正常块段

村庄压煤

边界煤柱

断层煤柱

小计

3上

267.4

237.9

505.3

69.2

290.6

283.9

3下

290.4

196.2

486.6

85.5

285.5

286.5

总计

557.8

434.1

991.9

154.7

576.1

570.4

一、采区储量

本采区地质储量1146.6万t，其中3上煤574.5万t（包括村下压煤237.9万t），3下煤572.1万t（包括村下压煤196.2万t）；可采储量570.4万t，其中3上煤283.9万t，3下煤286.5万t，详见表4－1－1。

北六采区储量汇总表表4－1－1

二、采煤方法

北六采区地质构造较简单，煤层发育稳定，3上、3下煤层平均厚度均在4.5m以上，中部3上煤层厚度达到6m左右，倾角平缓，适合综合机械化放顶煤开采的要求，柴里煤矿在同样条件下采用综合机械化放顶煤采煤法已有成熟的经验，因此确定北六采区采煤方法为综合机械化放顶煤采煤法。

3上、3下层间距很小的区段，开采3上煤层时，要铺设金属网或塑料网，制造人工假顶，为3下煤层的开采创造条件。

同时，由于本采区村庄压煤量较大，村下放顶煤开采尚无可借鉴的经验，因此村下开采时，在保证地面建筑物安全的前提下，采用限采高沿顶板条带采煤法开采。

三、采区参数

1、采区生产能力及服务年限

根据北六采区储量、煤层赋存、地质条件及矿井两翼均衡生产的原则，设计采区内只安排一个综放工作面或一个条带工作面生产，年生产能力平均为60万吨，服务年限6.8a。

2、工作面长度

根据我矿开采的经验，工作面倾斜长度为170m，走向长度根据采区尺寸而定，一般不小于1000m。

3、煤柱留设

①、井田边界及断层煤柱

井田边界煤柱按30m的规定留设。

高庙断层煤柱按30m留设，王庄断层按20m留设，王庄支断层和13－5断层由于控制程度不高，皆不留设煤柱。

②、准备巷道煤柱

巷道一侧留设30m，巷道之间留设20～30m。

③、村庄和铁路煤柱

北六采区内有孔庄、南王庄和栾庄三个村庄，孔庄、栾庄不考虑搬迁，开采时需对其留设保护煤柱，根据经验，煤柱宽度按120m留设；南王庄由于村庄较小，如果搬迁，可以解放储量近100万t，因此建议搬迁。

由于采区准备巷道位于官柴铁路下方，保护煤柱和铁路保护煤柱重合，可以满足对铁路的保护要求。

④、区段煤柱

按小煤柱沿空送巷考虑，一般留设4～6m。

第二节开拓准备方式

北六采区3上、3下煤层倾角平缓，层间距在0.6～18.52m之间，两层煤适合联合布置。

北六采区南部有孔庄村，中部有栾庄村，官柴铁路从采区中部东西向穿过，这些因素对采区的开拓布置方式都有较大影响。

结合采区南北走向较长、东西狭窄的形状和南部构造较复杂而北部相对简单的特点，北六采区应首选双翼采区准备方式，南北双翼布置工作面，其它准备方式都明显不合理。

因此确定北六采区开拓准备方式为双翼采区集中上山联合准备方式。

第三节采区巷道布置

根据北六采区煤层赋存状况，以及位于高庙和王庄两条大断层形成的地堑块段上，且相邻采区涌水量较大的特点，经综合分析，对采区巷道布置提出以下三个方案。

方案Ⅰ：

运输上山：

外段借用204煤柱皮带道，里段从204煤柱皮带道尾部延伸20m后按300°方位施工70m平巷，然后以10°下山向前施工346m斜巷，标高降至3下煤层底板-314.5m位置变平，按4‰下坡向前施工144m与轨道石门沟通。

回风上山：

从北翼回风上山口点前35m按330°方位施工30m平巷后，调向按300°方位施工20m平巷，然后以9°下山施工288.6m斜巷穿过王庄断层跟上3上煤层，接着沿3上煤层顶板继续向前施工至采区边界以联络斜巷与轨道石门沟通，形成系统。

轨道石门：

从-320m水平北大巷N7点前20m开门，以331°方位，4‰上坡施工30m，接着调向按270°方位、4‰上坡施工480m平巷后，调向按300度方位、4‰上坡施工530m，继续调向按345°方位施工28m，与运输机上山沟通，接着以4‰上坡施工70m后以10°起坡，跟上3上煤层底板变平，一直到采区边界，与回风上山沟通，形成系统。

方案Ⅱ：

不设轨道石门，运输上山、回风上山布置均同方案Ⅰ，不同的是需对200余m小断面的204煤柱皮带道进行刷扩，新的运输机上山需按大断面施工，即整个运输机上山需按机轨合一巷布置。

为了排水需在运输机上山下平巷段布置采区水仓、泵房。

方案Ⅲ：

不设轨道石门，回风上山布置同方案Ⅰ。

运输上山：

外段借用204煤柱皮带道，并进行刷扩，里段从204煤柱皮带道尾部按机轨合一断面延伸10m后，按300°方位施工70m平巷，以10°下山向前施工231.7m斜巷，标高降至-294.8m，然后沿3下煤层底板施工350m，接着以10°上山起坡与回风上山沟通，形成系统。

为了排水需在运输机上山下平巷段布置采区水仓、泵房。

第四节生产系统

一、通风系统

方案Ⅰ：

新鲜风流自北大巷→采区轨道石门→工作面进风行人斜巷→工作面进风巷→采煤工作面→工作面回风巷→采区回风上山→－250m北总回风巷→中央风井。

方案Ⅱ、方案Ⅲ：

新鲜风流自北大巷→204煤柱皮带道→采区运输机上山→工作面进风巷→采煤工作面→工作面回风巷→采区回风上山→－250m北总回风巷→中央风井。

二、煤流系统

采煤工作面煤→工作面运输巷→溜煤眼或煤仓→采区运输机上山→204煤柱皮带机道→北翼一部强力皮带机道→井底1号煤仓→主井→地面。

三、排水系统

方案Ⅰ：

工作面涌水自流或用泵排至采区轨道石门，然后自流至北大巷。

方案Ⅱ、方案Ⅲ：

工作面涌水自流或用泵排至运输机上山，然后自流至采区水仓，经采区泵房排至204煤柱皮带道，经水沟自流至北大巷。

四、辅助运输系统

方案Ⅰ：

材料自北大巷→采区轨道石门→工作面进风行人斜巷→工作面材料巷→采煤工作面。

方案Ⅱ、方案Ⅲ：

材料自北大巷→北翼回风上山→－250m北总回风巷→采区回风上山→工作面材料巷→采煤工作面。

工作面两道视煤层赋存情况增设辅助绞车提升。

五、供电、通信、安全监测系统

1、供电系统

根据北六采区生产能力及井下位置，初步设想北六采区不设变电所，利用北二变电所为北六采区供电，采用双回路供电方式，容量以一个综放面、一个综掘头、一个炮掘头、一个备用面为基本负荷，约3600kVA。

2、通信系统：

采用DDK-6M型数字程控调度通信系统，将安全型电话机分别接至各工作面、掘进迎头及转载点即可。

3、安全监测系统：

采用我矿现有的KJ66安全监测系统，对采掘工作面瓦斯、一氧化炭、风速、温度和局扇开停及生产情况进行24小时不间断监测。

六、防尘系统

地面静压水池的防尘水利用6吋管路通过副井井筒引入井下，经北大巷改为4吋钢管一路进入北翼回风上山，通过采区回风上山进入各工作面；另一路利用4吋钢管经采区轨道石门，通过工作面进风行人斜巷进入各工作面。

第五节采掘机械

一、采煤机械

综采机械：

使用MG160/375型煤机割煤，SGZ—764／400型刮板输送机配备SZZ—764／160转载机和SDF—1000／125×2型或SDJ—150型胶带输送机运输，支架使用ZFS5200—17／33型支撑掩护式放顶煤支架。

二、掘进机械

1、综掘：

使用S—100或EBJ－120（S）型综掘机掘进，SJD—80型皮带及SGW—40T型溜子运输。

2、炮掘：

采用钻眼爆破法，耙装机装岩，一吨箱式矿车或V型翻斗车运输。

第六节开采程序

本区3上、3下煤层倾角平缓，层间距较小，局部最小处为0.6m，3上、3下煤层开采时采用下行式开采顺序，同一煤层工作面开采顺序采用区内后退式，尽量避免跳采。

第七节巷道布置方案的比较与选择

一、各方案的优缺点

针对第三节提出的采区巷道布置的三个方案，结合各方案的系统，经比较各方案的优缺点如下：

方案Ⅰ：

优点：

1、采区内排水能够实现自流，系统简单，抗灾能力强。

2、辅助运输通过采区石门，环节少，系统简单，安全可靠。

3、工作面联络斜巷工程量少，平巷内开门，便于施工。

4、便于处理工作面两巷与采区准备巷道的交叉关系。

5、轨道石门进风，系统简单，阻力小，工作面通风系统易于形成。

6、运输机上山布置在煤层底板岩石内，断面小，支护状态好；外段原204煤柱皮带道不用刷扩即可直接利用。

7、采区生产期间巷道维护费，排水、辅助运输等运营费用最低。

缺点：

1、初期工程量较大，岩巷所占比例较大。

方案Ⅱ：

优点：

1、初期工程量相对较小，岩巷相对较少。

2、便于处理工作面两巷与准备巷道的交叉关系。

3、运输机上山布置在煤层底板岩石中，支护状态好。

缺点：

1、辅助运输必须经过矿井总回风巷，环节复杂，环境差，风阻增加，安全管理难度大。

2、增设采区水仓、泵房，系统复杂，管理难度大，采区抗灾能力低。

3、运输机上山必须布置成机轨合一巷，断面大；外段原204煤柱皮带道必须刷扩后才可利用。

4、工作面进风斜巷在运输机上山开门，施工难度大。

5、运输机上山进风，系统复杂，阻力大，工作面通风系统不易形成。

6、采区生产期间排水、辅助运输等运营费用较高。

方案Ⅲ：

优点：

1、初期工程量小，岩巷工程量少。

缺点：

1、辅助运输必须经过矿井总回风巷，环节复杂，环境差，风阻增加，安全管理难度大。

2、增设采区水仓、泵房，系统复杂，管理难度大，采区抗灾能力低。

3、运输机上山必须布置成机轨合一巷，断面大，托顶煤施工，支护难度大；外段原204煤柱皮带道必须刷扩后才可利用。

4、不便于处理工作面两巷与准备巷道的交叉关系，增加过巷工程量。

5、各工作面两道开门位置均处于斜巷，不利于掘进施工及生产期间辅助运输。

6、运输机上山进风，系统复杂，阻力大，工作面通风系统不易形成。

7、采区生产期间巷道维护费，排水、辅助运输等运营费用高。

二、各方案的综合比较

1、各方案的掘进工程量比较。

详见表4-7-1。

北六采区方案设计开拓掘进工程量对比表表4-7-1

序号

工程名称

断面

（㎡）

煤岩别

工程量

方案Ⅰ

方案Ⅱ

方案Ⅲ

采区轨道石门

8.56

岩

1040

北六采区回风上山

9.02

岩

232

10.02

煤

425

轨回联络巷

10.02

煤

北六采区运输机上山

7.66

岩

660

煤

125

13.2

岩

660

255

煤

125

525

轨运联络巷

8.56

岩

204煤柱皮带道刷扩

5.54

煤

230

采区水仓泵房

10.2

岩

420

3上602工作面运输巷

13.2

煤

1360

3上602工作面材料巷

11.2

煤

1295

3上602工作面切眼

11.2

煤

170

合计

5380

4962

4957

备注

方案Ⅰ：

总量5380m，岩巷1960m，占36％，煤巷3420m，占64％；

方案Ⅱ：

总量4962m，岩巷1542m，占31％，煤巷3420m，占69％；

方案Ⅲ：

总量4957m，岩巷1137m，占23％，煤巷3820m，占79％。

2、各方案的费用比较。

详见表4-7-2。

北六采区方案设计费用比较表4-7-2

序

号

费用项目

费用（万元）

方案Ⅰ

方案Ⅱ

方案Ⅲ

井巷工程费

1530

1508

1470

排水设备

设备购置与安装

运营费（/a）

28.5

合计

1530

1568.5

1530.5

通过对以上三个方案的分析比较可以看出，方案Ⅰ虽然初期工程量较大，但在排水和辅助运输方面都有系统简单、环节少、安全可靠的突出优点。

由于受条件限制，而方案Ⅱ、Ⅲ都存在着水仓施工困难，管理复杂的弊端，而且从与北六采区相邻的已开采的北二、北八、南三采区看，涌水量都较大，若开采时采区实际涌水量大于预计涌水量，将对采区的抗灾能力是一个严重考验。

另外，从工作面施工方面来看，由于采区是两翼开采，施工工作面进风斜巷时，方案Ⅱ、Ⅲ都从运输机上山开门，跨越皮带，施工复杂。

从经济比较看，井巷工程费方案Ⅰ比方案Ⅱ多22万元，比方案Ⅲ多60万元，但排水设备购置费用方案Ⅰ比方案Ⅱ、Ⅲ可节省32万元；排水设备运营费，方案Ⅰ比方案Ⅱ、Ⅲ一年就可节约28.5万元，在采区6.8年的设计服务年限内，可节约191.8万元，方案Ⅰ在经济上的优势非常明显。

在矿原煤生产线领导的指导下，经反复研究和综合分析比较，我们选用方案Ⅰ作为北六采区设计主要依据，请集团公司领导审批。

第五章防灭火设计

我矿现在开采的3煤经抚顺煤研所分析化验，为二类自燃煤层。

经西安矿业学院低温模拟试验，3上煤层在25℃起始温度时，最短自然发火期为43天，3下煤层在25℃起始温度时，最短自然发火期为34天。

为了防止北六采区在生产时发生自然发火事故，编制以下防灭火设计。

一、巷道布置

1、采区准备巷道要布置在煤层底板岩石中。

沿煤层布置时，为了避免煤层与空气长期接触，必须采用锚喷支护。

2、回采巷道全部进行喷浆封闭，避免与空气长期接触。

二、回采方法

1、采煤工作面采用后退式回采，自然陷落法管理顶板。

2、按照最短自然发火期，回采工作面的推进速度每月不少于50米。

三、预防自然发火方法

因为北六采区煤层厚度平均4.5米，最厚处6米以上，采用放顶煤技术。

为了防止自然发火事故的发生，需要采用注浆、注氮、喷洒阻化剂和均压等综合防灭火技术来预防自然发火事故。

（一）预防性注浆

在北六采区建立区域注浆系统，施工宽6.5m、长40m的注浆峒室一座，注浆峒室内设计两个30m3的制浆池，每个制浆池上安装搅拌机一台，安装泥浆泵两台，泥浆通过泥浆泵加压后经过直径100mm注浆管路到达各用浆地点。

（二）采空区注氮

当采空区内出现高温点时，采用移动制氮机向采空区注入氮气，使采空区成为氮气惰化带，起到预防和治理矿井火灾的目的。

（三）喷洒阻化剂

1、阻化剂种类

选择氯化镁（Mgcl2）为阻化剂，用水配比成15%的溶液。

2、喷洒范围

重点为工作面“两道”和“两线”，当因地质条件影响，采空区留有浮煤时，要对采空区喷洒阻化剂溶液。

3、喷洒量计算

m=K1×K2×L×h×A×s

其中：

m—阻化剂喷洒量

K1—工作面巷道帮壁喷洒加量余数

K2—单位体积散煤重量

L—喷洒长度

s—喷洒宽度

h—浮煤厚度

A—原煤吸药量平均值

（四）均压防灭火

根据现场实际情况，选择采用开区或闭区均压方法，来减少采空区的漏风，避免采空区内遗煤自燃。

四、预测预报方法

1、观测点位置

自然发火观测点设在回采工作面上隅角。

2、标志气体

选择一氧化碳和乙烯为自燃发火标志气体，当出现一氧化碳气体时，说明采空区浮煤正在氧化，出现乙烯气体时，说明采空区浮煤将要自燃。

3、监测手段

采用Kss—200束管监测系统，利用束管对回采工作面上隅角气体进行连续抽样分析。

对采空区密闭内每周人工取样分析一次。

主要分析氧气、氮气、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯和乙炔七种气体。

第六章防治重大灾害的安全技术组织措施

第一节预防措施

一、预防水灾事故的措施

1、认真做好探放水工作，严格执行“有疑必探，先探后掘”的原则。

2、严格按地质部门提供的井田或采区边界断层防水煤柱宽度布置采场。

3、巷道接近三灰或其它含水层时，必须坚持探放水。

4、地质部门应对开采可能导致石盒子组底部粗砂岩水或侏罗系石灰岩水导入井下工作面的范围及影响程度进行认真分析。

开采前必须执行《煤矿安全规程》第268条的规定。

5、对封孔质量不合格的钻孔必须在回采前重新启封。

6、对上覆或邻近采空区水认真分析，必要时进行提前疏放。

二、预防火灾事故的措施

1、预防内因火灾的措施

⑴认真执行《煤矿安全规程》中有关预防自燃发火的规定。

⑵对沿空送巷巷道，要加强喷浆封闭措施，严防漏风。

⑶回采工作面在生产过程中回料时要将物料撤干净。

⑷认真做好回采工作面阻化剂的喷洒工作。

⑸回采面结束时，要加快回撤速度，在一个半月内必须回撤完毕，进行永久性封闭。

⑹对巷道中冒落的空洞，要用不燃性材料充填并喷浆封闭。

⑺加强防火监测工作，提高早期预测预报精度，及时为防灭火工作提供准确的依据。

2、预防外因火灾事故的措施

⑴皮带运输机要安装使用防止皮带打滑、跑偏、满仓、自动停机等综合保护装置。

⑵皮带机头、机尾及周围的溢煤必须及时清扫干净。

⑶加强电气设备的管理，杜绝失爆，保证完好，坚持用好漏电、接地、短路三大保护，老化的设施及时更换。

⑷机电硐室、皮带机头和工作面的移动变电站要配齐至少2个灭火器，现场工作人员要熟悉沙箱和消防材料的存放地点，并会正确操作使用。

⑸井下烧焊要严格执行《规程》规定，制定严密的措施，烧焊现场要安专人负责，有安监员、瓦斯检查员监视，严格按措施施工。

⑹加强火工品的管理，严格火药、雷管的发放、领用和清退制度，各放炮地点要严格按《煤矿安全规程》和《作业规程》的要求进行放炮作业。

三、预防瓦斯爆炸事故的措施

1、完善矿井通风系统，确保通风系统的合理，杜绝不合理通风，保证各供风地点有足够的新鲜风量，防止瓦斯积聚和超限。

2、加强局部通风管理，坚持用好“三专一闭锁”装置，杜绝无计划停风。

3、严格瓦斯管理，认真做好瓦斯检查工作，瓦检员要严格按巡回检查制度检查，杜绝空班漏检。

采掘工作面必须坚持“一炮三检”制度。

4、严格盲巷和采空区的管理，对新出现的盲巷必须在24小时内予以封闭，启封盲巷和采空区密闭要制定专门瓦斯排放措施，经总工程师组织人员审批后，由救护队执行

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