梅斯布拉克煤矿防治水设计中煤科工集团.docx

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梅斯布拉克煤矿防治水设计中煤科工集团

 

新疆天然物产贸易有限公司

拜城县梅斯布拉克煤矿+1910水平

防治水设计

 

新疆天然物产贸易有限公司

中煤科工集团西安研究院

梅斯布拉克煤矿

2011年7月

新疆天然物产贸易有限公司

拜城县梅斯布拉克煤矿+1910水平

防治水设计

 

项目负责:

天然物产贸易公司温诚心

西安研究院郑士田

梅斯布拉克煤矿

项目参加人员:

天然物产贸易公司

西安研究院王威陈实

梅斯布拉克煤矿

报告编制:

王威

绘图:

王威陈实

审核:

报告完成时间:

2011.7

1.前言

新疆天然物产贸易有限公司拜城县梅斯布拉克煤矿位于拜城县县城北东方向70km,行政区划属拜城县,设计产量60Mt/a,拟主要开采A3、A5和A7三个煤层,矿井于2007年开工建设,目前处于初步验收阶段。

矿井一水平主要大巷均已形成,采用斜井开拓方式,伪倾斜“八”字型柔性掩护支架采煤法,全部跨落法管理顶板,工作面回采方向为后退式开采。

矿井服务年限为49.7年。

由于煤层为急倾斜煤层,第四系沉积物直接覆盖在煤层上,煤层开采时受到第四系含水层的巨大威胁,特别是1910工作面采煤时,随着采掘活动的进行,地面会逐步塌陷,顶部第四系含水层水顺着塌陷区裂隙带涌入矿井,且可能会夹带大量泥沙,危害矿井安全。

在上述水文地质条件下,为了上水平煤层的安全生产,新疆天然物产贸易有限公司拜城县梅斯布拉克煤矿于2011年6月委托中国煤炭科工集团西安研究院,对其1910水平煤层开采进行防治水设计,主要内容如下:

1.分析研究梅斯布拉克煤矿井田区域及矿井地质、水文地质资料。

主要包括以往地质、水文地质勘探资料,矿井生产实际揭露的水文地质资料等;

2.根据矿井水文地质条件特征,编制1910水平防治水设计报告,主要内容包括:

(1).1910水平东西翼探水方案,为工作面布置、生产提供依据;

(2).对井田内冲积层富水性及危害性提出评价;

(3).对冲积层含水层治理提出初步设计;

2011年6月,中国煤炭科工集团西安研究院梅斯布拉克项目部成员赴现场调研和收集资料,在项目执行过程中得到新疆天然物产贸易有限公司和梅斯布拉克煤矿的大力支持,在此表示衷心感谢。

2.矿井概况

2.1位置

拜城县梅斯布拉克东井田位于拜城县县城北东方向70千米的梅斯布拉克村、梅斯布拉克河一带,井田走向呈北东向,西界与三井田相邻,东与怡泽煤业有限责任公司的详查区相邻,东井田由原一、二井田合并而成,合并后井田走向长约5千米,南北宽0.70千米左右,面积3.4862平方千米。

边界均为人为划定。

行政区划属于阿克苏地区拜城县管辖。

两个井田合并后范围由6个拐点圈定,拐点坐标见表2-1。

表2-1井田范围拐点坐标表

点号

直角坐标

地理坐标

(X)

(Y)

北纬(A)

东经(L)

S1

4667495

27611890

42°08′03″

82°21′12″

S2

4668211

27614462

42°08′24″

82°23′04″

S3

4668853

27616762

42°08′44″

82°24′45″

S4

4668245

27617030

42°08′24″

82°24′56″

S5

4667650

27615059

42°08′06″

82°23′30″

S6

4666820

27612125

42°07′41″

82°21′22″

2.2交通

拜城县的交通运输以公路运输为主,全县以东西向的S307省道为骨干公路,S307省道东在库车县的盐水沟与217国道相接,西在温宿县的玉尔滚与314国道相接。

通过S307省道、217国道、314国道可与区外公路网和南疆铁路相通。

离本井田最近的火车站为库车火车站,运距约115公里,本井田位于S307省道以北,距S307省道的直线距离约45公里,由S307省道克孜尔乡站通往梅斯布拉克村的简易公路(砂石路面)从井田东部通过,由于途径较多沟谷,雨季时常发生道路中断现象,所以本井田与外界的交通运输条件较差。

本井田范围为山前丘陵区,地势虽然平坦但小冲沟发育,因此通行条件较差(详见图2-1)。

图2-1梅斯布拉克煤矿交通位置示意图

2.3地形地貌

井田地貌类型属于低山丘陵区,地势具有西北高东南低的特点,以梅斯布拉克河为界分东西两个部分,西部平坦,地形坡度一般5°左右;东部沟谷发育,起伏较大,井田内最高点在西北部,海拔为1972.8米,最低点在井田东南部,海拔为1908.5米,相对高差64.30米。

区内大面积被戈壁砾石、沙土覆盖,冲沟呈北西—南东向,均为宽缓的“u”枝叉型冲沟,沟底分布的是第四系冲洪积物砂砾石。

地表多被第四系黄土及砂砾石所覆盖,植被少量发育,呈秃山荒漠景观。

2.4水文气象

勘探区内小冲沟较多,平常没水,仅在春季融雪或夏秋雨季才有暂时水流。

梅斯布拉克河为井田内唯一的一条常年性地表水流,位于井田中部。

发源于北部中高山区,以冰雪融化水、大气降水及泉水为主要补给源,由北向南流过,最终汇入拜城县克孜尔水库。

河谷宽50-100米,上游水位标高+1972.40米,下游水位标高+1902.50米。

该河常年有水,受季节影响动态显著,年径流量一般在0.158-0.672亿m3,每年的7-8月份为洪水期。

2003年7月底曾发生一次特大洪水,洪水持续1-3天,河床两侧河漫滩全部淹没。

水化学类型为:

Cl·HCO3·SO4-Ca·(K+Na)·Mg型水。

据拜城县气象站气象资料,拜城县属于大陆型中温带干旱气候,冬、夏较长,春秋较短,冬季寒冷,夏季凉爽,昼夜温差大,历年平均气温+7.4℃,年极端最高气温+37.4℃,年极端最低气温-32℃,年平均降水量94.9mm,降雨多分布在北部山区,蒸发量1538.2mm,全年日照达1564小时,无霜期为167天,每年12月到翌年的3月份为冰冻期,最大冻土深度1米,春季多北风。

每年7月中旬到8月下旬为雨季,有暴雨降落,造成山洪暴发。

每年10月中、下旬开始降雪,11月份结冻,另外灾害性天气有风灾、冰雹、沙尘暴。

井田位于拜城县城北东70千米,井田及其附近没有气象台站,井田气象与县城相比,气温比县城偏低、降雨量比县城偏多,其它气象条件与县城相似。

2.5地震

根据新疆地震烈度图,该区地震烈度为7度烈度区,地震动峰值加速度值为0.15g。

记载显示井田未发生过7级以上大地震。

2.6矿井及小窑

井田内无生产矿井及老窑,与相邻的东井田边界处有报废老窑2处、井口8个,均为黑英山乡煤矿所开,关闭于1999年,斜井顺煤层向东开采,未开采本井田内的煤层。

由于关闭,井口已坍塌。

根据1999年煤田综合队普查工作中的调查结果,斜井坡度27°左右,开采深度均不大于100米,年产量在1万吨左右。

老窑情况叙述如下:

1、黑英山乡1号井:

为斜井开拓,共有井口4个,分别开采A7、A6、A5、A3煤层,采用后退仓储式开采方法开采,井下见煤厚度分别为1.98米、0.90-1.05米、6.10米、5.19米,开采最低水平标高+1838米,单翼向东采长900米。

2、黑英山乡4号井:

为斜井开拓,共有井口4个,分别开采A7、A6、A5、A3煤层,采用后退仓储式开采方法开采,井下见煤厚度分别为2.70米、0.90-1.05米、6.80米、3.90米,开采最低水平标高+1873米,单翼向东采长900米。

详见表2-2。

表2-2老窑调查表

名称

井型

主采

煤层

井口坐标

X

Y

H

黑英山乡1号废井

斜井

A7

4667524.10

27612195.84

1958.38

黑英山乡1号废井

斜井

A6

4667524.10

27612195.84

1958.38

黑英山乡1号废井

斜井

A5

4667524.10

27612195.84

1958.38

黑英山乡1号废井

斜井

A3

4667524.10

27612195.84

1958.38

黑英山乡4号废井

斜井

A7

4667430.14

27611927.29

1944.45

黑英山乡4号废井

斜井

A6

4667430.14

27611927.29

1944.45

黑英山乡4号废井

斜井

A5

4667430.14

27611927.29

1944.45

黑英山乡4号废井

斜井

A3

4667430.14

27611927.29

1944.45

2.7防排水系统

矿井+1860m水平正常涌水量134m3/h,最大涌水量200.9m3/d。

排水管由泵房经管子道沿副斜井井筒敷设至地面调节水池。

排水设备选用3台D280-43×7型离心泵,正常、最大涌水期:

水泵均1台工作,1台备用,1台检修。

每台水泵的性能参数为:

Q=280m3/hH=301mn=1480r/min

排水管路铺设2趟Φ273×8.5的无缝钢管。

正常、最大涌水期:

排水管路均1趟工作,1趟备用。

每趟管路的排水参数为:

Q=288.7m3/hH=296.84mη=76.9%

根据《煤矿安全规程》规定:

工作水泵和工作水管配合应能够在20h内排出矿井24小时的正常涌水量,工作和备用水管的总能力应能够在20h内排出矿井24h的最大涌水量,而且须有工作和备用水管,对于新建矿井,正常涌水量在1000m3/h以下时,主要水仓的有效容量应能容纳8h的正常涌水量。

据《煤矿安全规程》中相关规定对排水系统进行了计算:

水仓容积:

目前矿井的2台280m3/h的水泵,2趟Φ273×8.5的排水管路,按70%的有效能力计算,满足规程的要求。

水仓建设也必须满足规程的要求,且需每年至少进行一次防排水演练,以检查矿井的实际防排水能力。

+1680m水平以下采用暗斜井开拓,需根据具体情况选排水设备。

2.8以往地质工作及评述

1.以往水文地质工作

井田属于拜城县北部侏罗纪煤田,以往曾开展过不同程度、不同比例尺的地质调查、石油普查、金属找矿工作,1998年以前该区的煤田地质工作多是围绕生产矿井所开展的生产地质工作。

以往主要开展的与煤田有关的地质工作有:

1、1998年至2001年新疆煤田地质局综合地质勘查队在拜城县西起舒善河,东至梅斯布拉克村东,面积223平方千米范围内开展了煤炭资源普查地质工作。

本次勘探区内完成有1∶2.5万地形地质及水文地质测量2.03平方千米,施工钻孔4个,总进尺1523.59米,槽探200立方米,采集了部分样品。

最后提交了《新疆库拜煤田拜城县铁列克普查总结资料》。

2、2003-2004年新疆煤田地质局综合地质勘查队对井田做了勘探,完成了6个探煤孔,总进尺1721米,抽水试验孔1个,进尺461.9米,并编制了《新疆拜城县梅斯布拉克煤矿区一井田详查地质报告》、《新疆拜城县梅斯布拉克煤矿区二井田详查地质报告》并获得新疆国土资源厅的储量认定。

3、2006年10月-2007年5月新疆煤田地质局综合地质勘查队在梅斯布拉克煤矿东井田进行了勘探地质工作,共施工钻孔17个,钻探5508.26米;抽水试验3孔4层7个降次;样品采集试验308件,对西井田资源量进行了估算,并提交了《新疆库拜煤田拜城县梅斯布拉克东井田勘探报告》。

4、2006.10-2007.12月新疆煤田地质局综合地质勘查队梅斯布拉克煤矿西井田进行了勘探地质工作,共施工钻孔23个,钻探6293.73米;抽水试验7次;样品采集试验388件,对东井田资源量进行了准确估算,提交了《新疆库拜煤田拜城县梅斯布拉克煤矿区西井田勘探报告》。

2.水文地质工作评述

从以往勘查资料分析,矿井的主要地层、构造、主要含水层、隔水层以及含水层的补、迳、排等水文地质条件基本查清,在前期勘查中取得了很多翔实的、可靠的地质资料。

但在开采上水平煤层时,关于防治矿井水害方面还存在一些问题,以往工作主要偏重于资源勘查,没有充分考虑矿井受第四系冲积层含水层的威胁,把矿井水文地质类型定为简单型,对井田内一些地质及水文地质问题还没搞清楚。

因此,为了梅斯布拉克煤矿实现安全、有序、高效生产,必须进行补充勘探,进一步查清开采煤层第四系冲积层地质条件及水文地质条件。

梅斯布拉克煤矿目前存在主要问题有:

(1)未建立第四系冲积层含水层水位动态观测网;

(2)煤层顶底板第四系冲积层含水层富水性及危害性探查不清;

(3)缺乏对第四系Q2岩层作用的认识;

(4)日常防治水工作不完善;

3.地质条件

3.1区域构造

拜城县地跨天山地槽褶皱系与塔里木地台两个大地构造单元,北部高山区属天山地槽褶皱系,其余属塔里木地台。

境内山前中生界分布区属于塔里木地台最北边的一个构造单元-库车山前中新代坳陷的中部偏西的一部分。

库车坳陷是以上古生界二叠系为基底,以中、新生界为盖层的中、新生代沉积坳陷,自早三叠世至第四纪中后期,连续接受沉积了厚度近万米的陆相碎屑岩建造,其中,中、下侏罗统为含煤建造,三叠系为沉积基底,以上侏罗统为盖层。

整个沉积所形成的地层,在燕山和喜马拉雅构造运动期的南北向挤压应力作用下,发生了强烈的褶皱、断裂和上升剥蚀作用。

3.2井田构造

井田位于库-拜煤田拜城矿区的西部,拜城矿区内的总体构造形态为一向南倾斜的单斜构造,具有西缓东陡的变化规律。

本井田构造形态与矿区总体构造形态基本一致,为一向南倾斜的单斜构造,倾向162°左右,倾角53°-65°左右,走向上具有西缓东陡、倾向上具有上缓下陡的特征。

井田范围内无岩浆岩侵入,未发现有大的断裂构造。

按照现行《煤、泥炭地质勘查规范》(DZ/T0215-2002)附录D的规定,井田范围内的构造形态符合D1.2c条的规定,构造的复杂程度属于中等。

3.3井田地层

本井田位于库-拜煤田拜城矿区的东部,井田内分布的地层从新到老有第四系、侏罗系下统、三叠系上统,除第四系不整合于不同时代的地层之上外,其余各套地层之间为整合接触,地层总体走向呈近东西向,并按照由新到老的顺序依次从南向北排列,地层划分见表3-1。

 

表3-1井田地层表

最小厚度-最大厚度

平均厚度(m)

新生界K

(Q)

全新统(Q4al+pl)

0-66.00

27.75

上更新统(Q3pl)

新疆群(Q3xn)

16.40-48.00

31.76

中更新统(Q2gl)

乌苏群(Q2ws)

92.00-168.50

132.00

中生界M

(J)

下统(J1)

阿合组(J1a)

上段(J1a2)

258.00-278.00

268.00

下段(J1a1)

117.00-144.00

117.55

塔里奇克组(J1t)

上段(J1t2)

64.85-205.11

105.71

下段(J1t1)

70.90-117.27

86.79

(T)

上统(T3)

郝家沟组(T3h)

未见底

各时代地层的岩性特征如下:

一、新生界(KZ)

1、第四系全新统(Q4)

第四系全新统为冲洪积层(Q4al+pl):

分布于井田各大沟谷和梅斯布拉克河床及两侧,主要成分由砾石、漂砾、少量砂、亚砂土,砂质粘土组成,次棱状,分选性差,松散状,透水性强,厚度10-66米,平均厚度27.75米。

2、第四系上更新统(Q3)

第四系上更新统为新疆群(Q3xn):

广泛分布,为河流相的洪积层(Q3pl),以疏松砂、砾石、漂砾为主,泥砂质胶结,胶结程度较差,次棱状,分选差,以透水性强为特点,厚度16.40-48.00米,平均厚度31.75米。

3、第四系中更新统(Q2)

井田范围第四系中更新统为乌苏群(Q2ws),区内广泛分布,梅斯布拉克河上游东岸有出露,为冰水沉积层(Q2gl),由砾石、漂砾,泥砂组成,棱角状、次棱角状,分选性极差,砂质、钙质胶结,胶结较好,厚度92.00-168.00米,平均厚度132.00米。

二、中生界(Mz)

1、侏罗系下统阿合组(J1a)

本井田西南部有出露,分布于井田南部,呈北东向条带状展布,钻孔揭露了下部层段,主要为一套河流相或三角洲相粗碎屑沉积,斜层理发育,地层厚度一般为375.00-422.00米,与下伏塔里奇克组地层整合接触。

根据岩性组合特征分为上、下两个段。

(1)、上段(J1a2):

岩性主要为灰黄色、灰白色含砾粗砂岩、粗砂岩,厚度为258.00-278.00米。

(2)、下段(J1a1):

岩性为灰黄色、灰白色、灰绿色块厚层状粗砂岩、砾岩、砂砾岩、长石石英砂岩夹粉细砂岩,局部富含铁质,多呈褐色,厚度为117.00-144.00米。

2、侏罗系下统塔里奇克组(J1t)

井田西部有零星出露,分布与井田中、北部,呈北东向条带状展布,根据钻孔揭露,为一套河湖相、沼泽相、泥炭沼泽相沉积,岩性由灰-灰白色砾岩、砂岩、灰色粉砂岩和黑色炭质泥岩及煤层组成。

地层厚度一般为126.50-288.00米,与下伏三叠系上统郝家沟组地层整合接触。

根据岩性组合特征和所含煤层的分布情况分为上、下两个段。

(1)、上段(J1t2):

由一套灰白色中粗砂岩、黄绿色粉砂岩、黑色炭质泥岩及煤层组成,含煤6层,煤层编号A7-A12,地层厚度64.86-205.11米,平均厚度105.71米。

(2)、下段(J1t1):

岩性主要为灰白色砂岩或中粗砂岩、砾岩,黄绿色粉砂岩、砂质泥岩夹黑色炭质泥岩及煤层,含煤3层,编号A3-A6,地层厚度70.79-117.27米,平均厚度85.79米。

3、三叠系上统郝家沟组(T3h)

井田西部零星出露,分布于本井田北部,岩性为灰绿色粉、细砂岩、黑灰色泥岩、灰白色、浅黄灰色厚层状粗砂岩、含砾砂岩、砾岩夹有薄层叠锥灰岩。

未见底。

另外,根据区域地质成果,中生界地层从下向上有着明显的从河流相到湖泊相再到河流相、湖泊相的旋回结构,在从湖泊相向河流相和河流相向湖泊相的转化过程中,出现了泥炭沼泽相、泥炭沼泽相形成了煤层。

早三叠世开始至早侏罗世初为第一旋回,是一套以河流相至湖泊相的沉积。

从早侏罗世早期到末期为第二旋回,是一套由河流相到湖泊相的沉积,期间形成了塔里奇克组和阳霞组两套含煤地层。

3.4煤层

井田内含稳定煤层3层:

A3、A5、A7;较稳定煤层2层A8、A11,不稳定煤层3层:

A6、A9、A12;极不稳定煤层1层A10,现对主要开采煤层分述如下。

A3号煤层:

位于侏罗系下统塔里奇克组下段(J1t1)的底部。

见煤点煤层厚度变异系数6%,可采性指数0.96,属于稳定煤层,有益厚度2.15~6.71m、平均厚度4.82m,煤层厚度由西向东变厚,煤层有分叉现象,有1~3个分层,下分层编号A3-1、中部分层编号A3-2、上分层A3-3,各分层均为简单结构,煤层顶板和底板岩性为深灰色泥岩、粉砂岩、细砂岩和炭质泥岩,与上部A5号煤层间距为4.00~17.50m,平均9.29m。

A5号煤层:

位于下侏罗统塔里奇克组下段(J1t1)的下部,A3煤层之上,可采性指数1,煤层厚度变异系数8%,属于稳定煤层,有益厚度3.58~12.50m、平均厚度7.60m,有1-3个分层,下分层编号A5-1、中分层编号A5-2、上分层编号A5-3,煤层厚总体表现为自西向东变厚的规律,各分层结构简单,煤层底板岩性为深灰色粉砂岩、细砂岩,顶板岩性为粗砂岩或含砾粗砂岩、粉砂岩、细砂岩。

与上部A6号煤层间距为7.00~19.00m,平均11.89m。

 

表3-2煤层特征一览表

煤层

编号

煤层厚度

煤层间距

夹矸

层数

煤层厚度

变异系数

煤层结构类型

煤层

稳定性

最小-最大平均

(m)

最小-最大平均

(m)

A12

0.40~1.09

0.71

6.00~7.00

6.44

0

13%

简单

不稳定

A11

0.42~1.23

0.69

0

13%

简单

较稳定

8.00~27.00

15.66

A10

0.19~0.70

0.49

0

10%

简单

极不稳定

6.50~25.00

18.20

A9

0.22~3.31

1.45

0

3%

简单

不稳定

8.50~38.00

19.08

A8

0.63~1.81

1.31

0

6%

简单

较稳定

10.50~29.00

17.88

A7

1.73~8.54

3.90

0~2

10%

简单

稳定

14.00~32.00

21.09

A6

0.50~1.96

0.91

0

11%

简单

不稳定

7.00~19.00

11.89

A5

3.58~12.50

7.60

0~3

8%

中等

稳定

4.00~17.50

9.29

A3

2.15~6.71

4.82

0~2

6%

简单

稳定

A7号煤层:

位于侏罗系下统塔里奇克组上段(J1t1)的下部,煤层有益厚度为1.73~8.54m,平均3.90m。

可采性指数1,煤层厚度变异系数10%,结构简单,属于稳定煤层,煤层由西向东,由浅到深有逐渐变厚的趋势、含一至二层夹矸。

煤层顶板为炭质泥岩、粉砂岩和细砂岩、底板为炭质泥岩和细砂岩。

与上部A8号煤层间距为10.50~29.20m,平均17.88m。

4.水文地质条件

4.1区域水文地质条件

井田位于天山南麓的梅斯布拉克河两侧,地表大部分被第四系砂砾石层、黄土覆盖,地势较平坦,总体呈北高南低、西高东低的地形,区内最高点在西北部,标高+1986m,最低点在井田东南部,标高+1910m,相对高差76m,地形切割较强烈,小冲沟较发育,地表植被不发育。

该区地表冲沟发育,排泄条件良好。

4.2井田水文地质条件

井田主要出露的地层有第四系、三叠系和侏罗系。

侏罗系地层大部分被第四系覆盖,煤层发育于下侏罗统塔里奇克组地层之中,根据钻探揭露,侏罗系地层主要由泥岩、炭质泥岩、粉砂岩、细砂岩、中砂岩、粗砂岩、砾岩及煤层组成,多以互层状韵律状形式产出,各种岩石的单层厚度可由数厘米变化到数米,乃至数十米。

因此难以按单一岩性岩层划分含、隔水层,只能以较大的岩性段来划分。

经钻孔简易水文观测,当钻孔钻进进入到粗砂岩、砾岩段时则表现为泥浆消耗量相对增大,反之则减小,由此说明中-粗砂岩、砾岩裂隙孔隙较发育能给出水来,地下水赋存于硬脆多孔隙的砂岩和砾岩中。

另据邻近生产矿井井下观察,泥岩、粉砂岩干燥而不含水,细砂岩潮湿,中粒砂岩渗水,粗砂岩滴水。

因此,将泥岩、泥质粉砂岩和炭质泥岩等细颗粒岩石划分为相对隔水层,而将中、粗砂岩、砾岩等颗粒相对较粗的岩石划分为含水层。

4.2.1含水层

(1)、第四系全新统(Q4al+pl)冲洪积砂砾石层潜水含水层(H1)

该含水层主要分布在梅斯布拉克河现代河床及冲沟内,分布面积较小,沿冲沟及河床呈条带状分布。

其岩性由卵石、砾石、漂石、粗砂、亚砂土等组成,厚度0-20m,砾石成份以火成岩、变质岩、石灰岩、砂岩为主,砾石多为次圆状-次棱角状,分选差。

该含水层结构松散,孔隙大,透水性强,接受地表水直接补给,富水性较强。

其泉水流量为15.78l/s,据6-3号钻孔抽水试验,单位涌水量q=0.527l/s·m,渗透系数K=14.19m/d,含水层厚度2.87m,潜水水位+1943.46m,水质类型为Cl.S04-(K+Na)·Ca型水,矿化度0.82-0.94g/l,pH=8,属于中等富水含水层。

(2)、第四系上更新统(Q3pl)砂砾石含水层(H2)

该层在井田内广泛分布,

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