双柳煤矿33410回采工作面瓦斯抽采达标评判报告.docx

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双柳煤矿33410回采工作面瓦斯抽采达标评判报告

香源煤业1203回采工作面瓦斯抽采达标评判报告

(420-270米)

为扎实推进“通风可靠,抽采达标,监控有效,管理到位”瓦斯综合治理体系的建设,全面提升矿井瓦斯治理水平,有效防范和遏制瓦斯事故。

为保证1203工作面安全生产,科学有效治理矿井瓦斯,根据《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》要求,依据AQ1026--2006《瓦斯抽采基本指标》和“山西焦煤集团公司瓦斯抽采达标评判实施办法”特编制1203工作面瓦斯抽采达标评判报告。

1203回采工作面已回采至420米,按照“山西焦煤集团公司瓦斯抽采达标评判实施办法”需重新对工作面切巷往外150米范围(420-270米)作为一个评价单元进行抽采效果评价。

一、1203工作面概况

(一)1203工作面井田位置

井下位置:

1203工作面位于一采区,开采2号煤层,地面标高+1117m~+1279m,工作面标高+680m~+704m。

地面位置:

1203工作面地面位于冯家塔村以西约432m,窑底村以西200m,后花塔村东南约187m,中兴峁上工业广场西北约565m处。

(二)1203工作面周围的开采情况

1203工作面东部为未采区,南距中兴回风斜井保安煤柱284—436m,西至回风大巷保安煤柱,北至一采区回风巷保安煤柱。

(三)1203工作面走向、倾向、煤层厚度及变化规律

工作面走向长520m,倾斜长185.6m,面积为96512m2。

1203工作面煤层属于山西组2#煤层,据SK4钻孔和附近地质资料可知,其煤厚0.9~2.2m,其平均厚度1.6m,煤层倾角为1°~5°,平均为3°,属稳定可采煤层,结构简单,属较稳定煤层。

(四)煤层顶底板岩性及工作面构造变化情况

煤层顶底板情况见表1-1所示。

表1-1煤层顶底板情况

顶底板

情况

岩石名称

厚度(m)

岩性特征

老顶

中砂岩

4.1

灰褐色中粒砂岩,中厚层状,平行层理,成分以石英、长石为主,分选中等磨圆度好,半坚硬-坚硬。

直接顶

砂质泥岩

1.5-5.45

深灰色砂质泥岩,夹灰色中砂岩条纹,中厚层状,均匀层理,含植物化石及黄铁矿结核,半坚硬。

伪顶

泥岩

0.2

黑色泥岩,易碎不稳定。

直接底

细砂岩

1.31

灰褐色细砂岩,中厚层状,均匀层理,夹泥质条纹,具裂隙,半坚硬。

(五)工作面瓦斯来源分析、预计瓦斯涌出量

根据测定1203工作面原始瓦斯含量为4.6m3/t,工作面可采煤炭储量为211478t,工作面瓦斯储量为97.2万m3。

开采过程中工作面瓦斯的主要来源包括本煤层、围岩和邻近层。

根据本工作面现配风量及抽采情况,预计本工作面绝对瓦斯涌出量为9.6~16.8m3/min。

(六)煤层发火期、煤层爆炸性等

1、煤尘有爆炸性,爆炸指数为30.8%-40.9%

2、煤的自燃倾向等级为三类,不易自燃。

3、地温14—16°C,梯度2℃/100m。

二、工作面瓦斯抽采基础条件评判

(一)工作面通风系统

1、工作面通风方式

33410工作面为“U”型通风系统,33410材巷为进风巷,33410运巷为回风巷。

2、工作面通风线路:

新鲜风流:

地面→郭家山副立井→三采轨道下山→三采配风联巷→三采配风巷→33410材巷→33410工作面

污风:

33410切割巷→33410运巷→33410回风联巷→三采回风下山→郭家山回风井→地面

(二)工作面瓦斯抽采方案设计

1、工作面本煤层瓦斯抽采设计

(1)、33410运巷从巷道开口依次向工作面施工本煤层钻孔,钻孔布置在运巷巷道前进方向右帮,钻孔方位垂直于巷帮,方位角为90度,倾角与煤层伪倾角相同,开孔位置距底板1.2m处;钻孔孔深100m,间距6m,钻孔开孔8m用φ89钻头施工,后换用φ73钻头,孔径75mm;钻孔总数286个,工程量28600m。

剖面图见图2-1所示,平面图见图2-2所示。

(2)、33410材巷本煤层钻孔布置在材巷巷道前进方向的左帮,钻孔方位垂直于巷帮,方位角为270度,倾角与煤层伪倾角相同,开孔位置距底板1.2m处,钻孔开孔8m用φ89钻头施工,后换用φ73钻头,孔径75mm,间距6m,孔深100m。

其中至切割巷300m范围内的钻孔间距设计为3m,钻孔总数336个,工程量33600m。

剖面图见图2-1所示,平面图见图2-2所示。

图2-133410材、运巷本煤层钻孔布置剖面图

图2-233410工作面本煤层钻孔布置平面图

2、邻近煤层瓦斯抽采设计

1)裂隙带抽采钻孔设计

利用在33410抽采巷交错施工高、低位顶板钻孔对工作面裂隙带瓦斯进行抽采。

裂隙带钻孔布置在抽采巷前进方向的左帮,钻孔从停采线依次往工作面布置,每隔6米布置一个钻孔.钻孔终孔高度低位孔控制在22-25米左右,高位孔控制在29-32米左右。

钻孔深入工作面煤壁20米,孔高1.8米,开孔使用Φ115mm钻头,打5米后换用Φ89mm钻头,孔径91mm,钻孔总数319个,工程量17226m。

平面图见图2-3所示。

根据地测科现提供的地质说明书,钻孔从停采线往工作面依次编号,在抽采巷距切割巷200米范围内施工密集高、低位顶板钻孔,孔间距变为3米。

提高工作面初采期间的抽采效果,保证安全生产,高、低位钻孔在抽采巷施工完毕后根据地测科提供的工作面实际煤层等高线图进行钻孔参数设计。

2)33410运巷钻场顶板长钻孔抽采上隅角瓦斯方法

在33410运巷从切眼起,每隔60米施工一个钻场。

共施工28个钻场,钻场在33410运巷右帮,沿煤层顶板掘进。

钻场规格:

深×宽×高=5m×6m×3m,钻场采用锚杆锚索加金属网综合支护,采用扩散通风。

每个钻场北侧帮布置上下两排各4个钻孔,孔间距600mm;另在钻场内东北角布置两个顶板钻孔,伸入工作面中部;东侧帮布置3个斜向本煤层钻孔,孔间距600mm。

钻孔开孔直径115mm,岩孔打5m、煤孔打8米后换用89mm钻头,孔径91mm。

第一钻场钻孔垂直距离伸入工作面10米,往后从第二钻场开始,每个钻场内钻孔均垂直距离伸入前一钻场30--40米。

1#-10#孔水平距离控制在工作面切割巷10-80米的范围内,1#-4#钻孔终孔高度控制在19-24米内;4#-8#终孔高度控制在24-45米内,9#孔、10#孔终孔高度控制在50米-60米,11#-13#号本煤层孔水平距离控制在工作面70—88米的范围内,钻孔设计参数在施工过程中可根据工作面实际情况具体进行确定。

平面图见图2-4所示。

图2-333410抽采巷裂隙带钻孔布置平面图

图2-433410运巷钻厂钻孔布置平面图

(三)抽采管路安装及能力计算

根据钻孔布置及瓦斯抽采需要,在各巷道内设计安装了相应的瓦斯抽采管路。

(1)、33410材巷抽放管路铺设为:

地面抽采泵→抽排钻孔(φ700mm)→钻孔下口(φ700mm)→三采回风下山(φ700mm)→33410材巷回风联巷(φ300mm)→33410材巷(φ300mm)→各钻孔

33410材巷瓦斯抽放管布置在巷道前进方向左帮,吊挂高度为1.2米,抽放管采用φ300mm钢骨架复合管。

(2)、33410运巷抽放管路铺设为:

地面抽采泵→抽排钻孔(φ800mm)→钻孔下口(φ800mm)→三采回风下山(φ800mm)→33410运巷回风联巷(φ300mm)→33410运巷(φ300mm)→各钻孔

33410运巷瓦斯抽放管布置在巷道前进方向右帮,吊挂高度为1.2米,抽放管采用φ300mm钢骨架复合管。

根据核算,33410工作面的瓦斯抽采管网可以满足该工作面的瓦斯抽采需要。

(四)竣工验收情况

瓦斯抽采工程竣工验收主要是对钻孔施工、封孔、管路安装及附属装置的施工质量进行验收,根据验收情况填写工程竣工验收单,要求瓦斯抽采工程施工严格按照设计进行,并满足相关施工质量要求。

对钻孔的竣工验收主要是在退杆时由通风区验孔组对钻杆数量进行统计,得出钻孔长度,记录钻孔倾角、方位角等参数,并填写钻孔验收单,对不符合设计要求的钻孔重新进行施工,直到合格为止。

钻孔封孔及管路安装严格按照设计进行,施工完成后由探放区对钻孔封孔、管路安装及附属装置的施工质量进行验收,根据验收情况填写工程竣工验收单,对验收不合格的瓦斯抽采工程,重新进行施工,直至验收合格为止。

33410工作面相关瓦斯抽采工程经验收基本合格,并根据竣工验收提出的问题和意见进行了补充完善。

(五)瓦斯抽采基础条件评判结论

工作面为“U”型通风系统,经核算工作面各地点风速满足要求,各类通风设施安装齐全且灵敏、可靠,能够保证通风安全。

根据瓦斯抽采规划,进行了33410工作面的瓦斯抽采设计,并编制了瓦斯抽采工程施工的安全措施。

根据瓦斯抽采设计,施工完了全部钻孔,铺设了瓦斯抽采管网,抽采管网能够满足该工作面的瓦斯抽采需求,并在管路上安装有足够测量装置及放水器。

每项工程施工结束后都组织相关人员进行了验收,经验收瓦斯抽采工程基本合格,并根据竣工验收提出的问题和意见进行了补充完善。

33410工作面各类抽采钻孔进行了不低于12个月的瓦斯抽采。

综上所述,33410工作面瓦斯抽采基础条件达标,具备了进行瓦斯抽采达标评判的条件。

第三章工作面瓦斯抽采效果评判

(一)抽采钻孔有效控制范围界定

工作面施工本煤层钻孔、裂隙孔,但在工作面开采前,只有本煤层钻孔瓦斯抽采对3+4#煤层瓦斯含量的下降起作用,这里重点考虑顺层钻孔瓦斯抽采。

根据《煤矿瓦斯抽采暂行规定》第二十四条中对顺层预抽钻孔的有效控制范围的界定,钻孔有效控制范围按钻孔长度方向的控制边缘线、最边缘2个钻孔及钻孔开孔位置连线确定。

钻孔长度方向的控制边缘线为钻孔有效孔深点连线,相邻有效钻孔中较短孔的终孔点作为相邻钻孔有效孔深点。

工作面走向长度为150m,倾斜长度为187.4m,整个工作面开采煤体均布置有钻孔,则顺层钻孔控制范围为工作面开采区域,即28110m2。

(二)抽采钻孔布孔均匀程度评价

根据顺层钻孔的抽采半径及煤层透气性系数,设计、施工的钻孔间距为6m,钻孔竣工图如图3-1所示,根据竣工验收可知,钻孔布孔均匀,没有空白区域。

图3-1本煤层钻孔竣工图

(三)抽采程度及均匀差异

33410材巷从2009年3月开始施工顺层钻孔进行瓦斯抽采,截止2013年10月份,该评价单元瓦斯抽采时间为52-53个月。

33410运巷从2011年3月开始施工顺层钻孔进行瓦斯抽采,截止2013年10月份,该评价单元瓦斯抽采时间为26-27个月。

根据顺层钻孔瓦斯抽采时间差异,将抽采区域划分为评价单元一和评价单元二两个评价单元,如图3-2所示。

 

图3-2评价单元划分

根据规定,各评价单元瓦斯预抽巷时间差异系数应小于30%,预抽时间差异系数为预抽时间最长的钻孔抽采天数减去预抽时间最短的钻孔抽采天数的差值与预抽时间最长的钻孔抽采天数之比。

预抽时间差异系数按式

(1)计算:

(1)

式中:

—预抽时间差异系数,%;

—预抽时间最长的钻孔抽采天数,d;

—预抽时间最短的钻孔抽采天数,d。

评价单元一预抽时间差异系数为1.89%;

评价单元二预抽时间差异系数为3.70%;

两个评价单元均满足小于30%的规定要求。

(四)抽采瓦斯效果评判指标测定

1、测定指标选择

根据《防突规定》要求,采用预抽煤层瓦斯区域防突措施时,应当以预抽区域的煤层残余瓦斯压力或者残余瓦斯含量为主要指标。

采用顺层钻孔抽采回采区域煤体瓦斯时可采用直接测定值或根据预抽前的瓦斯含量及抽、排瓦斯量等参数间接计算的残余瓦斯含量值。

2、测点布置

根据《防突规定》要求,用顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯时,沿采煤工作面推进方向每间隔30~50m至少布置1组测定点。

当预抽区段宽度(两侧回采巷道间距加回采巷道外侧控制范围)或预抽回采区域采煤工作面长度未超过120m时,每组测点沿工作面方向至少布置1个测定点,否则至少布置2个测点。

33410工作面倾向长187.4m,设计沿采煤工作面推进方向每间隔50m布置2个测定点,评价单元长150米,共布置6个测点。

测点布置如图3-3所示。

考虑到巷帮的排放宽度,测点离巷帮的距离不小于30m。

33410工作面

图3-3效果检验测点布置示意图

3、指标直接测定结果

此次评价测定范围为33410工作面1030-880米,根据测点布置要求,共布置了6个测点,沿采煤工作面推进方向在运巷910米、960米、1010米,材巷900米、950米、1000米处各布置1个测点,每个测点间距不得大于50米。

工作面倾斜长度为187.4米,评价孔深度不得小于工作面长度的1/2,所以评价孔深度100米,孔径75mm,开孔高度1.2米。

1)、煤层瓦斯预抽时间不小于6个月

33410工作面本煤层钻孔于2011年12月全部施工完毕,预抽时间大于6个月。

2)、瓦斯抽采后煤的残余瓦斯含量

测定瓦斯含量所用仪器有:

煤样罐、井下瓦斯解析仪、空盒气压计、秒表、温度计、瓦斯含量直接测定装置、粉碎机、天秤。

在每个评价孔内50米处和孔底各取一个煤样进行瓦斯含量测定,测定步骤如下:

⑴、煤层瓦斯含量测定井下取样,,确定钻孔倾角、方位角、开孔高度,钻机钻到预定深度时停钻,取煤样。

⑵、井下解析,用煤样罐从钻孔中取出煤样,快速与井下解析仪相连开始解析,每一分钟记录一次读数,30分钟后结束,关闭煤样罐阀门。

⑶、地面实验室解吸,地面解析玻璃管充满液体,读取初值,将解析玻璃管与煤样罐连接,开启阀门开始解析当解析到解析量小于5ml/min时解析结束。

⑷、粉碎解吸,地面解析玻璃管充满液体,将二次煤样及时倒入粉碎机后与解析玻璃管连接,读取初值开启粉碎机,粉碎至2min左右结束粉碎,读取终值。

实验室测定各个测点瓦斯含量结果如下:

33410

运巷

910米

960米

1010米

33410

材巷

900米

950米

1000米

瓦斯含量(m3/t)

50米处

1.62

1.60

1.65

50米处

1.66

1.65

1.68

孔底

1.74

1.68

1.7

孔底

1.77

1.75

1.72

瓦斯抽采后煤的残余瓦斯含量计算

瓦斯抽采后煤的残余瓦斯含量:

WCY=(W0G-Q)/G

式种:

WCY—煤的残余瓦斯含量,m3/t;

W0—煤的原始瓦斯含量,m3/t;0

Q—评价单元钻孔预抽排放瓦斯总量,m3;

G—评价单元参与计算煤量,t。

评价单元参与计算煤炭储量G=(L-H1-H2+2R)(l-h1-h2+R)m

式中:

L—评价单元煤层走向长度,m;

l—评价单元抽采钻孔控制范围内煤层平均倾向长度,m;

H1、H2——分别为评价单元走向方向两端巷道瓦斯预排等值宽度,m。

如果无巷道为0;

h1、h2—分别为评价单元倾向方向两侧巷道瓦斯预排等值宽度,m。

如果无巷道则为0;

R—抽采钻孔的有效影响半径,m;

m—评价单元平均煤层厚度,m;

—评价单元煤的密度,t/m3。

巷道预排瓦斯等值宽度表

巷道煤壁暴露时间(t/d)

不同煤种巷道预排瓦斯等值宽度

无烟煤

瘦煤及焦煤

肥煤气煤及长焰煤

25

6.5

9.0

11.5

50

7.4

10.5

13.0

100

9.0

12.4

16.0

160

10.5

14.2

18.0

200

11.0

15.4

19.7

250

12.0

16.9

21.5

≧300

13.0

18.0

23.0

预排瓦斯等值宽度亦可采用下式进行计算:

低变质煤:

0.808*t0.55

高变质煤:

(13.85*0.0183t)/(1+0.0183t)

33410工作面评价范围内走向长度为L=150m,倾向长度为l=187.4m,通过上表可知H1、H2各为18m,h1为18m、h2为0m,抽采钻孔有效影响半径为1m,评价单元平均煤层厚度为3.50m,煤的密度为1.39t/m3。

则评价单元参与计算煤炭储量G=(L-H1-H2+2R)(l-h1-h2+R)m

G=11.7807万t

煤的原始瓦斯含量W0=4.92m3/t;

评价单元钻孔抽放瓦斯总量为Q=37.35万m3。

综上可计算出33410工作面煤的残余瓦斯含量:

WCY=(W0G-Q)/G

WCY=1.75m3/t。

3、瓦斯抽采后煤的残余瓦斯压力

采用直接法测定残余瓦斯压力所用仪器有:

压力表、速凝水泥、膨胀剂、封孔管、注浆管、注浆泵。

33410运巷、材巷各个测点评价孔施工完毕后,要及时封孔,孔深100米,封孔长度为8m,采用注浆封孔,封孔材料为水泥、膨胀剂加水搅拌成的混合浆液,通过注浆泵注入测压钻孔进行封孔,确保钻孔严密不漏气;钻孔封孔后,及时安装压力表,压力表量程为预计煤层瓦斯压力的1.5倍,采用被动测压法测定瓦斯压力,安排专人观测钻孔瓦斯压力变化情况并记录,如压力在3天内变化小于0.015Mpa测压工作即可结束,否则,应延长测压时间。

各测点测定瓦斯压力结果如下:

33410

运巷

910米

960米

1010米

33410

材巷

900米

950米

1000米

瓦斯压力(Mpa)

0.16

0.18

0.17

瓦斯压力(Mpa)

0.19

0.16

0.18

抽采后煤的残余瓦斯压力计算:

煤的残余相对瓦斯压力(表压)按下式计算:

WCY=ab(Pcy+0.1)/(1+b(Pcy+0.1))*(100-Ad-Mad)/100*1/(1+0.31Mad)+

(Pcy+0.1)/

pa

式中:

WCY—残余瓦斯含量,m3/t;

a、b—吸附常数

Pcy—煤层残余相对瓦斯压力,MPa

Pa—标准大气压,0.101325MPa;

Ad—煤的灰分,%;

Mad—煤的水分,%

—煤的孔隙率,m3/m3;

—煤的容重(假密度),t/m3。

根据我矿抽采实验室测定的各参数报告可知:

吸附常数和孔隙率测定结果

名称

地点

吸附常数

煤质分析

孔隙率

(%)

a

(m3/t)

b

(Mpa-1)

水分

(Mad%)

灰分

(Aad%)

挥发分

(Vdaf%)

33410工作面

19.47

0.93

2.4

24.59

31.34

3.5

煤的容重

=1.39t/m3,33410工作面残余瓦斯含量WCY=1.75m3/t;

综上可计算出33410工作面煤层残余相对瓦斯压力Pcy=0.17Mpa,33410工作面原始瓦斯压力为0.57Mpa.

4、可解析瓦斯量的计算

Wj=WCY-WCC

式中:

Wj—煤的可解析瓦斯含量,m3/t;

WCY—抽采瓦斯后煤层的残余瓦斯含量,m3/t;

WCC—煤在标准大气压力下的残存瓦斯含量,按下式计算。

WCC=0.1ab/(1+0.1b)*(100-Ad-Mad)/100*1/(1+0.31Mad)+

/

可得出33410工作面残存瓦斯含量为:

WCC=0.89m3/t

综上可计算出33410工作面煤体的可解析瓦斯含量Wj=0.86m3/t;

4、瓦斯抽采率核算

33410回采工作面抽采率计算:

m=Qmc/(Qmc+Qmf)

式中:

m—工作面瓦斯抽采率,%

Qmc—回采期间,当月工作面月平均瓦斯抽采量,m3/min

其测定和计算方法为:

在工作面范围内包括地面钻井、井下抽采(含移动抽采)各瓦斯抽采干管上安装瓦斯抽采检测、监测装置,每周至少测定3次,按月取各测定值的平均值之和为当月工作面平均瓦斯抽采量(标准状态下纯瓦斯量);

Qmf─当月工作面风排瓦斯量,m3/min;

其测定和计算方法为:

工作面所有回风流排出瓦斯量减去所有进风流带入的瓦斯量,按天取平均值为当天回采工作面风排瓦斯量(标准状态下纯瓦斯量),取一月中最大一天的风排瓦斯量为当月回采工作面风排瓦斯量(标准状态下纯瓦斯量)。

经测算Qmc=11.6m3/min,Qmf=5.6m3/min,可计算出33410回采工作面抽采率

m=69.62%;

5、33410回采工作面风速

33410回采工作面应配风量为1000m3/min,实际配风量为1587m3/min,33410工作面材巷断面为10.6m2,运巷断面为13.2m2。

(1)材巷风速验算

V材=Q/(60S)=1587/(60×10.6)=2.5m/s,符合规程风速规定范围0.25m/s<2.5m/s<4m/s

(2)运巷风速验算

V运=Q/(60S)=1587/(60×13.2)=2.0m/s,符合规程风速规定

范围0.25m/s<2.0m/s<4m/s。

6、抽采效果达标评判

从运巷和材巷中施工本煤层钻孔,钻孔间距6m,覆盖整个工作面煤体,竣工验收显示钻孔布置均匀。

将工作面评价划分为上下两个评价单元,评价单元一的瓦斯抽采时间为52-53个月,预抽时间差异系数为1.89%,评价单元二的瓦斯抽采时间为26-27个月,预抽时间差异系数为3.70%,均小于30%,满足规定要求。

根据统计,抽采钻孔有效控制范围为28110m2,工作面原始瓦斯含量为4.92m3/t。

该评价单元抽采钻孔布置均匀,钻孔的有效控制范围准确,瓦斯抽采时间长,预抽时间满足要求。

各单元内抽采时间差异系数均小于30%,瓦斯抽采率为69.62%,原始瓦斯含量为4.92m3/t,残余瓦斯含量为1.77m3/t,小于临界值8m3/t,原始瓦斯压力为0.57MPa,残余瓦斯压力为0.19MPa,低于突出临界值0.74MPa,可解吸瓦斯含量为0.86m3/t,瓦斯含量、压力均降至原始数值的50%以下,瓦斯抽采以达标。

由此可见,33410回采工作面1030-880米瓦斯抽采工作达到了瓦斯抽采达标的要求,可以进行回采作业。

第四章结论

1、33410工作面通风系统可靠,瓦斯抽采方案设计合理,根据方案设计进行了瓦斯抽采工程施工,竣工验收合格,工作面进行了不低于12个月的瓦斯抽采,33410工作面瓦斯抽采基础条件达标。

2、33410工作面材巷、运巷风速分别为2.5m/s、2.0m/s,均小于4m/s符合规定。

3、工作面顺层钻孔布置均匀,钻孔的有效控制范围准确,瓦斯抽采时间长,各单元内抽采时间差异系数均小于30%,瓦斯抽采效果考察准确,残余瓦斯含量降至5.5m3/t以下,由此可见,33410工作面1030-880米瓦斯抽采工作达到了瓦斯抽采达标的要求,可以进行回采作业。

 

汾西矿业集团双柳煤矿33410回采工作面

瓦斯抽采达标评判报告

(1030-880米)

审批表

编制:

审核:

通风区:

调度室:

安监处:

通风副总:

安全矿长:

总工程师:

 

汾西矿业集团双柳煤矿33410回采工作面

瓦斯抽采达标评判报告

(1030-880米)

 

双柳煤矿

二〇一三年十月

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