巷道断面设计与施工课程设计.docx
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巷道断面设计与施工课程设计
巷道断面设计与施工
一、设计依据
二、巷道断面设计
1、巷道断面形状的选择
2、巷道断面尺寸的确定
（1）巷道净宽的确定
（2）巷道拱高和壁高的确定
（3）道床参数
3．用通风校核巷道断面
4布置巷道水沟
5、计算断面尺寸有关的参数
6.绘制巷道断面施工图，巷道特征表，每米巷道工程量和材料消耗量表
三．巷道支护设计
支护方式的确定
（1）锚杆的选定
（2）锚杆参数计算
四.爆破设计
1、施工主要机械设备及爆破材料
2、工作制度
3、爆破方式
4、炮眼布置原则
5、爆破参数选择
6、爆破说明书和爆破图表
五．劳动组织和施工管理
（1）劳动组织形式
（3）作业循环图表
六.通风与防尘措施
七.掘进安全技术措施
一、设计依据
设计：
井下双轨运输大巷
1、基本条件：
围岩性质：
砂岩，岩石条件：
Ⅱ类；岩石坚固性系数：
f=6～8；矿井涌水量50m3/h；巷道坡度3‰；巷道通风量50m3/s；巷道涌水量：
无；巷道瓦斯情况：
无。
2、巷道内设备：
运输设备1T固定式矿车MG1.1—6A，牵引设备直流架线式电机车ZK10—6/250，轨距600mm，轨型24kg，混凝土枕木；运输最大件综采液压支架外形尺寸：
（长×宽×高）4120×1430×1550mm，拉运设备重型平板车MPC—13.5—6外形尺寸：
（长×宽×高）2500×1400×342mm；供水管一趟，管径Φ108mm，压风管一趟，管径Φ108mm；动力电缆三趟，电缆直径Φ50mm，信号电缆两趟，电缆直径Φ25mm，直流电机车导电架线，铜导线直径Φ10mm。
二、巷道断面设计
1、巷道断面形状的选择与支护方式
由于巷道断面形状多种多样，但根据给定条件和经济，技术，安全四方面考虑，我们应选择合理的巷道断面。
下图给定我们相关巷道断面的不同情况：
名称
使用说明
备注
矩形断面
矩形断面利用率高，承载能力低，一般用于定压，侧压都小，服务年限短的巷道
梯形断面
梯形的断面利用率较拱形高，但承压性能较拱形差，故梯形断面常用于服务年限不长，断面较小或围岩稳定，地压不大的巷道，
梯形断面常用于木材，金属，钢筋，混凝土等棚式支架的巷道
半梯形断面
同梯形断面差不多
半圆拱形断面
承载性能比较好，拱部成形比较容易，施工简单，普遍用于开拓巷道和硐室
圆弧拱形断面
多用于采区巷道
三心拱形断面
断面利用率比较高，施工比较方便
封闭拱形断面
底鼓严重
椭圆形断面
四周压力大但不均匀
圆形断面
四周压力均匀
由上述可知，选择断面形状，必须综合考虑巷道围岩的性质，地压的大小和方向，巷道的服务年限，用途，位置。
巷道的支护方式和支架材料三大基本因素，通常根据前两个因素决定支护方式，支架材料。
根据力学性质选择巷道断面形状。
从给定的条件我们选择的巷道断面形状是半圆拱。
该巷道采用钻眼爆破法掘进，采用螺纹钢树脂锚杆与喷射混凝土支护，局部需要加强区域铺设钢筋网，形成锚喷网联合支护。
2、巷道断面尺寸的确定
（1）巷道净宽的确定
已知ZK10-6/250电机车宽取1060mm，高取1550mm。
1吨固定式MG1.1-6A矿车宽880mm，高1150mm.
根据《矿山安全规程》并参考标准设计，取巷道人行道C=840mm,非人行道一侧宽a=400mm。
查表可知本巷道双轨中线距离b=1100，故两电机车之间距离为：
1100-（1060/2＋1060/2）=40mm<200mm不满足间距要求，故取巷道双轨中心线距离为1300，此时两电机车之间的间距为240mm。
故巷道净宽度为：
B=a1＋b＋c1
=400＋1060/2＋1300＋1060/2＋840
=1240＋1060＋1300
=3600mm
（2）确定巷道拱高H0和壁高
半圆形巷道拱高h0=B/2=1800。
半圆拱半径r=1800
确定巷道壁高h3
查阅资料可知道半圆拱巷道壁高公式得：
①按架线电机车导电弓子要求确定h3
h3≥h4＋hc-
公式中h4——轨面起电机车架线高度，按《矿山安全规程》取h4=2000mm；
hc——道床总高度。
题中给出24kg/m钢轨HC=390，Hb=220
n——导电弓子距拱壁安全间距，取n=300mm；
K——导电弓子宽度之半K=718/2=359，取K=360mm；
b1——轨道中线与巷道中线间距，b1=B/2－a=3600/2－400-530=870mm
故h3≥2000+390－
=1532mm
②按管道装设要求高度要求计算h3
a按导电弓子距管子距离要求计算
h3≥h5＋h7＋hb-
公式中h5——道砟面至管子底高度，按《矿山安全规划》取h5=1800mm；
h7——管子悬吊件总高度，取h7=900mm；
m——导电弓子距管子间距，取m=300mm；
D——压气管法兰盘直径，由题给管子直径=108mm可得D=230
b2——轨道中线与巷道中线间距，b2=3600/2-（840+1060/2）=430mm
h3≥1800+900+220-
b按电机车距管子距离的要求计算
h3≥h5＋h7＋hb-
故h3≥1800+900+220-
公式中A1——电机车最大宽度，A1=1060mm
m1——电机车距管子间安全距离，取m1=200mm
因是架线式电机车运输巷道，故按上述要求即可确定h3,综上计算，并考虑一定的余量，确定本巷道壁高h3=1820mm。
则巷道净高H=h3-hb+h0
H=1820-220+1800
H=3400mm
确定巷道净断面积S和净周长P
查表可知：
净周长P=2.57B+2h2
P=2.57×3600×1600
P=12.5m
净断面积S=B（0.39B+h2）
S=3600×（0.39×3600+1600）
S=10.8m3
（3）道床参数
根据道床通过的运输设备，已选用24kg/m的钢轨，其道床参数ha=170,hb=220,hc=390
3、用风速校核巷道净断面积
查资料可知，Vm=8m/s,由题知通过大巷风量Q=35m3/s,代入公式V=Q/S可得
V=Q/S=35/10.8=3.2＜8m/s
设计的大巷断面面积，风速没有超过规定，可以使用。
4、布置巷道水沟和管线
已知通过巷道的水量为10m3每小时，水沟坡度为千分之三查表的水沟宽度为300mm，深为350mm。
压风管和供水管悬吊在人行道一侧，见巷道断面施工图。
5、计算断面尺寸有关的参数
喷射混凝土设计厚度T1=100mm，设计强度为C20,分两次喷射，每次喷射50mm。
允许超挖量δ=75mm.
选择道床参数。
确定巷道掘进断面尺寸。
巷道设计掘进宽度B1=B+2T=3600+2*100=3800
巷道计算掘进宽度B2=B1+2δ=3800+150=3950
巷道设计掘进高度H1=H+hb+T=3400+220+100=3720mm
巷道计算掘进高度H2=H1+δ=3720+75=3795mm
巷道设计掘进面积S1=B1*（0.39B1+h3）=12.55m2
巷道计算掘进面积S2=B2*（1.39B2+h3）=13.27m2
计算巷道掘进工程量及材料消耗量
每米巷道拱与墙计算掘进体积V1=s2*1=13.27m3
锚喷巷道每米墙脚计算掘进体积V3=0.2（T+δ）=0.04m3
每米巷道墙与拱喷射材料消耗量V2=1.57（B2-T1）*T1+2h3*T1=0.97m3
每米巷道墙脚喷射材料消耗量V4=0.2T1=0.02m3
故每米巷道喷射材料消耗量为0.97+0.02=0.99m3
c）每米巷道锚杆消耗
N=（P-0.5a）/a*a,
P为锚杆消耗周长,当仅为拱部打锚杆时P=1.57*B2=1.57*3.95=6.2m其中B2为巷道计算掘进宽度，根据公式可算得B2=3950mm，因此P=6.2m
a为锚杆间距，a=0.7米，故N=（6.2-0.5*0.7）/0.49=12根
由于每根锚杆安装两个树脂药卷，则每米巷道树脂药卷消耗24支
每米巷道粉刷面积Sn=1.57B3+2h2=9.1m2
6、绘制巷道断面施工图，编制巷道特征表和每米巷道工程量表及材料消耗量表。
运输大巷特征表
围岩类别
断面面积
设计掘进尺寸/mm
喷射厚度/mm
锚杆/mm
净周长/m
净面积
设计掘进
宽
高
形式
排列方式
间排距
锚杆长
直径
Ⅱ
10.8
12.55
3800
3700
100
螺纹钢筋树脂锚杆
方形
700
1500
20
12.5
每米工程量及材料消耗量表
类别围岩
计算掘进工程量/m3
锚杆数量
材料消耗/mm
粉刷面积/m2
巷道
墙脚
喷射材料/m3
锚杆
钢筋
树脂药卷/支
Ⅱ
13.27
0.04
12
0.99
24
9.1
三.巷道支护设计
（1）锚杆的选定：
锚杆种类
优点
缺点
金属楔缝式锚杆
结构简单,加工容易,使用可靠锚固力大
不能回收,孔深要求比较严格,在软岩中不宜使用
金属倒楔式锚杆
结构简单,加工容易,对眼孔要求不严,可以回收
钢筋砂浆锚杆
加工方便,成本低廉,锚固力大而持久,
砂浆没有硬化时,锚杆不能承载,在围岩破碎处不宜使用
水泥卷锚杆
锚固力大,承载快,制作简单,成本低
树脂锚杆
锚固力较大,胶凝股化速度快,能在几个小时内获得较高的初锚能力
摩擦式金属锚杆
安装简便,耗时1～2分钟,超深即可,对岩石表面层的加固能力强,锚固力不受爆破震动,围岩移动及时间的影响,有让压性
对钻孔孔径要求很严格,管壁薄,不宜作永久支护,价格较贵
综合上面的条件，我们选择锚固力大且能快速安装的树脂锚杆,仅拱部打锚杆。
（2）锚杆参数的计算
根据经验取锚杆直径为20mm
锚杆的长度L=n（1.1＋B/10）Ⅱ类（稳定性较好）围岩,N=0.9
L=0.9*（1.1+3.6/10）=1.31m
锚杆间距D≤0.5L
D≤0.5*1.3=0.65m
综上我们可取得锚杆的长度为1.5米,锚杆间距为0.7米，呈方形布置，排距为0.7m。
四.爆破设计
1.施工主要机械设备及爆破材料
（1）.选用4台YT-23（7655）气腿式凿岩机打眼,人工装岩.
（2）.选用煤矿2号岩石炸药（f32×150g）和8号毫秒延期电雷管.
2.工作制度
该巷道掘进任务为160m/月,工作制度为“四六”作业,炮眼利用率为h=0.9.
3.爆破方式
（1）.开挖断面积为12.55m2,根据工作需要和从经济、安全出发,选用光面爆破法.
（2）.选用MFB-100/200专用发爆器起爆
4.炮眼布置原则
（1）掏槽眼布置采用直眼掏槽。
（2）掏槽眼应布置在掘进断面中下部或软岩层中，槽口要大，槽子放时要紧，比其它炮眼加深200mm。
在坚硬岩层中，可利用复式掏槽。
周边眼布置应对称、均匀，最小抵抗线应大致相等。
（3）边眼底应打在同一竖直平面上，对硬岩，眼岩底应打在板线以下至少0.15m。
轮廓线转折处必须布置炮眼。
辅助眼的眼底应与周边眼眼底齐平，其间距一般为400——600 mm。
5.爆破参数的确定
（1）炮眼直径D
根据经验，取炮眼直径为40mm
（2）炮眼的深度L
①经验取用：
直眼掏槽L=1.8～2.2m
②按掘进任务估算：
假设每月掘进进尺为160m，采用四六作业制，炮眼利用率为η=0.9，有效利用天数25天，则有：
每天能掘进L1=160/25=6.4m/天;
每天每班掘进L2=6.4/3=1.6m/班;
实际每天每班掘进L2`=1.6/0.9=1.78m/班;
因此,炮眼深度为采用1.8m,掏槽眼深度2m.
（3）炮眼数目N的确定
经验计算法：
N=3.33√fs2=34取f=7s=12.5
取炮眼个数为40个
（4）计算循环总装药量
估算一次爆破所需的炸药量由f=7s=12.5,根据煤矿炸药消耗量定额，取单位炸药消耗量q=2kg/m3
Q= q×L×S×η
= 2×1.8×12.5×0.9
=40.5kg
每个炮眼平均装药量：
q1=Q/N=40.5/40=1kg/个
不同的眼装药量不同，因此还应根据具体的炮眼调整
6、爆破作业图表
1、爆破作业原始条件表
2、爆破参数表
3、预制爆破效果表
4、炮眼布置图
爆破作业原始条件表 表2
序号
名 称
单位
数量
备注
1
掘进断面面积
m2
12.55
2
岩石坚固性系数f
6-8
3
瓦斯（煤尘）情况
无
4
雷管
个
40
毫秒延期
5
炸药（一个循环用量）
kg
37.2
2号岩石炸药
6
炸药规格
32×180×150
7
凿岩机
台
4
YT-7655
爆破参数表
眼号
眼数
眼深
眼距
装药量
起爆顺序
联线方式
装药结构
/个
单孔质量/kg
小计
/m
质量
/kg
1
空眼
1
2
串联
连
2~4
掏槽眼
3
2
500
1.4
4.2
一
续
5~11
一圈辅助眼
7
1.8
800
1.0
7
二
反
12~18
二圈辅助眼
7
1.8
800
1.0
7
三
向
25~27，38~40
帮眼
6
1.8
600
1.0
6
四
装
28~37
顶部眼
10
1.8
600
0.7
7
五
19~25
底眼
7
1.8
600
0.8
6
六
药
合计用炸药37.2kg
名称
单位
数量
名称
单位
数量
炮眼利用率
%
81.0
每米巷道耗药量
kg/m
20.7
每循环工作面进尺
m
1.8
每循环炮眼总长度
m
1.8
每循环爆破实体岩石
m3
22.6
每平米岩体耗雷管量
个/m2
3.2
炸药消耗量
kg/m3
2
循环炸药用量
Kg
37.2
预期爆破表
五.施工组织设计
该巷道掘进任务为160m/月,工作制度为“四六”作业,炮眼利用率为h=0.9.巷道采用光面爆破施工,并一次成巷的施工工艺。
掘进和支护顺序作业,在掘进工作面与支护工作面之间应设有临时支护控制围岩。
掘进与支护两大工序在时间上按先后顺序施工,先将巷道掘进一段距离,然后停止施工,边拆除临时支架,进行永久支护工作。
组织安排采用综合工作队的形式进行组织。
钻眼、装岩和支护三个工序为主，合理安排各工序，尽量采用平行作业，而其他工序，除按安全规程规定的装药、联线、放炮，通风外，都使之与这些主要工序实行平行交叉作业，以缩短每个循环的作业时间，加快巷道的掘进速度。
在一次成巷中，组织如下工序平行作业：
.交接班与工作面检查及架设临时支架的准备工作平行作业；
.检查中腰线与钻眼准备工作和敷设风水管路平行作业；
.钻上、中部炮眼与装岩平行作业；
.钻下部炮眼与工作面铺设永久轨道和清洗炮眼平行作业；
.架设临时支架与装岩清扫道中心等平行作业；
.装药与掩护设备、工具平行作业；
.工作面打锚杆与装岩平行作业。
作业循环图表如下：
六.安全技术措施
一、凿岩安全技术措施
1、作业前必须佩戴好安全帽，穿好工作服、工作鞋等劳动防护用品。
2、打眼前应先检查风钻是否注油，各部件联接是否紧固，气孔是否畅通，风、水管线有无破损，发现问题及时处理。
3、应采用湿式打眼，不准打干眼。
4、开孔时，应先开半风和用短钻开孔，待钎头进入岩石200mm后再开满风。
5、凿岩时应双手均衡握住把手将钻机扶正，不可用身体压着风钻或用力过大；风钻中心线与钢钎应保持一致，钻机不得左右摇摆。
6、工作中应经常注意有无异常响声，气孔是否堵塞，如有异常现象，应停机检查处理，风钻每运转两小时应注油一次。
7、在大块上打眼，应先检查大块是否牢固，移动风钻、钢钎和风管时，应先选好路线，脚要蹬稳，不得跳行；打眼位置应选在大块的中部，深度要超过打眼方向大块厚度的三分之一。
8、在陡坡上或2米以上的高空作业时，必须系好安全带。
9、禁止在旧爆孔处钻孔，必要时应在相隔20cm处补眼，瞎眼应通知爆破工进行处理。
。
10、打完眼必须把凿岩机放到安全地点，同时把风水管线盘好，打扫现场，不遗留任何工具。
11、听到爆破信号，应立即撒离危险区，到安全地点避炮。
二、爆破安全技术措施
1、一定要选好制做起爆体的临时工作间，工作间内只允许爆破工作人员进出，并且严格清点炸药进出工作间的数量，绝对防止掉失。
2、在临时工作间内制作起爆体时要远离导电设备（水、暖管道等），并且检查工作间周围是否有电源触地的线头等，要使用木质工作台。
3、在制做起爆体时，电雷管的脚线要防止与地面摩擦、要轻拿轻放，在预计放炮时间里，一定要注意气象预报，或与气象部门取得联系，绝不能在雷雨与低云层天气里放炮。
4、在化工厂房放炮时，必须注意炸药与残积或涂染物的化学反应，必要时要进行硝酸铵与化工产品或副产品的化学反应试验。
5、在地下设施放炮时，一定要全面了解与观察周围地下设施的结构，爆炸气体可能产生渗流的地下硐室都必须预先通知有关人员撤离，必要时施爆人员要带上防毒口罩。
6、要杜绝一切火源（烟头、电器系统）与火工器材接触，以防施工过程中可能发后的爆炸事故。
对于从事爆破作业的技术人员，不仅要懂得一切火工器材操作规程，同时要懂得现有操作规程确定的理由，各其然还要各其所以然。
特别是对具体施爆地点、条件进行分析，才能定出安全可靠的施爆技术措施。
三、装岩安全技术措施
1、工作前必须先检查工作地点的支架、顶板及两帮的安全情况是否良好，如有不安全现象立即处理，未处理好之前不得工作。
2、进行装岩前要检查所用工具是否完好、牢固、好使，若工具损坏、掉把、活动不能用时，要进行修理更换。
3、装岩之前要洒水灭尘，装岩时要戴防护手套。
4、装车时遇到大块矿石必须用大锤破碎，破碎时，周围禁止站人，以防掉锤或粉碎的矿石飞溅伤人。
5、用手搬大块矿石时，要注意矿石的完整情况，严禁两人共同搬运大块岩石装车。
6、装车过程中不准任何人手扶车沿和站在矿车上。
7、两人同时装车时要站在矿车两侧，互相照应，密切配合，避免两锨同时入车，以防碰伤对方。
8、工作面有滑铁板的，应在放炮前将铁板辅好并用矿石盖好，防止放炮掀起。
移动铁板时，应用撬棍，如用手抬，要注意安全。
9、往矿车内装岩时，量要适中，不要装得太满，倾角超过25度的巷道中装车不得超过车沿。
四、锚杆支护安全技术措施
1、应由两名有经验的人员担任这项工作，一人敲帮问顶，一人观察顶板和退路。
敲帮问顶人员应站在安全地点，观察人应站在找顶人的侧后面，并保证退路畅通。
2、敲帮问顶应从有完好支护的地点开始，由外向里，先顶部后两帮依次进行，敲帮问顶范围严禁其他人员进入。
3、用长把工具敲帮问顶时，应防止煤矸顺杆而下伤人。
4、顶帮遇到大块断裂煤矸或煤矸离层时。
应首先设置临时支护，保证安全后，再顺着裂隙、层理敲帮问顶，不得强挖硬刨。
5、严禁空顶作业，临时支护要紧跟工作面，其支护形式、规格、数量、使用方法必须在作业规程中规定。
炮掘最大空顶距为1米，机掘最大空顶距为1.8米。
6、煤巷两帮打锚杆前用手镐刷至硬煤，并保持煤帮平整。
7、严禁使用不符合规定的支护材料：
1）、不符合作业规程规定的锚杆和配套材料及严重锈蚀、变形、弯曲、径缩的锚杆杆体。
2）、过期失效、凝结的锚固剂。
3）、网格偏大、强度偏底、变形严重的金属网。
8、锚杆眼的直径、间距、排距、深度、方向（与岩面的夹角）等，必须符合作业规程规定。
1）、使用全螺纹钢等强锚杆，锚孔深度应保证锚杆外露长度30～50毫米。
2）、对角度不符合要求的锚杆眼，严禁安装锚杆。
9、安装锚杆时，必须使托盘（或托梁、钢带）紧贴岩面，未接触部分必须楔紧垫实，不得松动。
10、锚杆支护巷道必须配备锚杆检测工具，锚杆安装后，对每根锚杆进行预紧力检测，不合格的锚杆要立即上紧；对锚杆锚固力进行抽查，不合格的锚杆必须重新补打。
11、当工作面遇到断层、构造时，必须补充专门措施，加强支护。
12、要随打眼随安排锚杆。
13、锚杆的安装顺序：
应从顶部向两侧进行，两帮锚杆先安装上部、后安装下部。
铺设、连接金属网时，铺设顺序、搭接及连接长度要符合作业规程的规定。
铺网时要把网张紧。
14、锚杆必须按规定做拉力试验。
煤巷必须进行顶板离层监测，并用记录牌显示。
15、巷道支护高度超过2.5米，或在倾角较大的上下山进行支护施工，应有工作台。
16、操作前须做好以下准备工作：
1）、备齐锚杆、网、钢带等支护材料和施工机具。
2）、检查施工所用的风、水、电。
3）、检查锚杆、锚固剂等支护材料是否合格。
4）、按中腰线检查巷道断面的规格、质量，处理不好不合格的部位。
五、喷浆作业安全技术措施
1、成品巷道要求喷平、喷实、喷严，严禁有露风现象。
先初喷后复喷，不能有蜂窝、麻面、空洞和赤脚、穿裙现象。
2、喷浆前应先将各种设备、电缆、管道用塑料布包好、盖好，严防喷浆时挂浆。
喷浆后如有个别地方挂浆必须及时清理干净。
3、喷浆前先接好风、水管路，输料管路要摆放平直，不得有急弯，接头要严密，不得漏风。
4、施工人员在喷浆时必须佩带防护用品。
5、检查喷浆机是否完好，摩擦板是否紧固，有无漏风等现象，确认无问题时方可进行开机、喷浆工作。
6、人工拌料时，要将料搅拌均匀，配比符合要求，水泥：
沙=1：
2.5，速凝剂掺和量为水泥用量的3—4%。
加入速凝剂必须随喷随掺，不得提前掺入料中。
7、喷射前必须用压风与水将巷帮顶冲刷干净，再喷浆。
8、喷射施工中，一人握喷枪一人照灯并协作观察质量，要掌握好水灰比，并严禁把喷枪口对向其他工作人员。
喷射手操作时，应使喷头沿螺旋形轨迹半径圆运行，一圈压半圈并均匀缓慢移动，先上后下，先墙后拱，先凹后凸。
9、严格执行开停机顺序，开机时必须作到开风→给水→开机→上料喷浆，停机时必须作到停料→停机→关水→停风。
10、喷浆时，无论喷浆机或管子发生故障及管子堵塞都必须由值班电工停电，问题处理好后，由电工本人送电，其他人不得随意送电。
11、由于地点特殊，喷浆时要安设临时防尘喷雾头，打钻、喷浆时必须及时洒水降尘，否则严禁打钻、喷浆。
七.通风和防尘技术措施
本工程采用爆破法开挖，将产生大量炮烟；出渣采用无轨出渣，汽车、装载机等机械设备将产生大量有害气体，随着隧洞的加深，通风排烟将十分困难。
因此，必须采取有力的通风防尘措施，以保障洞内空气清新，创造良好的施工环境，保证洞内施工人员的身体健康，提高劳动效率，加快施工速度。
根据本工程施工特点和隧洞施工长度，结合我们类似工程通风经验，采取如下通风方案：
洞内通风采用2×110kW轴流变速风机压入式通风；具体通风设计介绍如下。
通风防尘标准
a．隧洞内氧气含量按体积计算不小于20％。
b．有害气体浓度容许值：
一氧化碳最高容许浓度为30mg／m3；
二氧化碳按体积计算不得大于0.5％；
氮氧化物（
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