CN101033932A - 双聚能预裂与光面爆破方法及其专用装置 - Google Patents

Abstract

一种双聚能预裂与光面爆破方法及专用装置，它是将充满炸药的管壁上设有双V形聚能槽的多节聚能管标准节置入炮孔中，各聚能管标准节由联接套管联接，联接套管也设有V形聚能槽，聚能管标准节上套设孔内对中环，使每一炮孔内上下各V形聚能槽的中心线在一个面上，于炮孔孔口的聚能管标准节地面端部套设环壁上设有方位与V形聚能槽相同的两个V形对中槽的孔口对中环，使各V形聚能槽中心线于各炮孔内和炮孔间形成与爆破面对中重合的面，引爆炸药后在裂缝开始形成的同时使聚能射流沿着初始形成的微小裂缝喷射，进而形成预裂或光面爆破面，完成聚能预裂或光面爆破。本发明可提高爆破能量利用率，减少造孔量，对保留岩体破坏影响小，爆破面更为平整。

Description

双聚能预裂与光面爆破方法及其专用装置

技术领域

本发明属于爆破施工领域，具体涉及一种预裂与光面爆破方法及装置。

背景技术

八十年代后期本领域技术人员曾试图采用纸质材料加工聚能药管成形聚能药卷做过聚能预裂爆破试验研究，但终因技术及工艺水平的限制无法用于正常施工，因此很长一段时间聚能预裂爆破试验研究处于停滞状态。九十年代以后水电开发的蓬勃发展和全国基本建设的大规模展开，工程建设的需要使学者们又产生了对聚能预裂爆破的试验研究的浓厚兴趣，最近几年更是方兴未艾。众多科技工作者设计了各种形式、各种材质的聚能药管成形聚能药卷来进行聚能预裂爆破试验研究，主要有以下几种形式：

1)纸质聚能药卷

1991年9月全国第三届水利水电爆破工程会议交流资料公开了冯正亚：“聚能效应在预裂爆破中的初步应用”。它是应用硬质纸制作聚能药管成形聚能药卷，因工艺难以达到要求而只能完成几十平米的预裂爆破试验。

2)深孔切槽技术

2003年6月《贵州水力发电》第17卷第2期，罗文：“利用深孔切槽和多向聚能药柱爆破技术获取大块石料的设想”中公开了一种深孔切槽技术，它是在孔壁切槽即小孔(φ42～51mm)、小于3m的浅孔利用300MN/m2高压水射法或改进普通风动凿岩机一次切槽成形，大孔径(φ100～150mm)则采用专用切槽机具，对炮孔孔壁刻槽形成聚能结构。

3)“LSC”药柱

瑞典Lulra大学、瑞典爆破基金会公开了一种“LSC”药柱，它是用于φ45～51mm炮孔，直径φ11、φ16特制带V型槽圆形塑料药管，V型聚能槽表面贴铝片制成，内装高爆速泰安(PETN)炸药。PETN的爆速7600～7700m/s，爆热5024kj，密度(1.5±0.05)g/cm³，线装药密度280g/m。

4)点条状聚能管

2003年12月《岩石力学与工程学报》第22卷第12期，何满潮：“双向聚能拉伸爆破新技术”中公开了一种点条状聚能管，它是在圆形管上沿设定方向布置了呈线性分布的两排聚能孔，每个聚能孔处均汇集成一条能量流，从而沿设定方向形成两个点条状能量流面产生聚能作用。装药形式为φ25双向聚能装置间隔串行装药，线装药密度150～250g/m。

5)线型楔形聚能管

2002年11月《铀矿冶》第19卷第4期，谢圣权：“浅析聚能装药在预裂爆破中的应用”中公开了一种线型楔形聚能管，采用侧向线型楔形聚能装药，用贫铀或铜片或其他金属制作药型罩可以将聚能射流的能量极大部分表现为动能形式，以形成远大于被爆介质极限抗压强度的冲击压力穿射一定深度的射流面，同时在爆生气体的“准静态压力”作用下形成裂缝。

6)双向聚能切割器

2006年6月《火炸药学报》第29卷第3期，周瑶等：“双向聚能预裂爆破切割器的研制与应用”中公开了一种双向聚能切割器，它是采用金属聚能罩以低爆速工业炸药为主装炸药，以两条高爆速炸药条带动主装炸药爆轰，使主装炸药产生聚能爆轰波生成强烈的聚能气体和金属射流的双向聚能切割器，可用于预裂(光面)爆破以及岩石切割等。

7)金属结构聚能弹

2004年9月冶金工业出版社出版的《中国爆破新技术》，高金堂刘浚等：“复合预裂爆破技术”中公开了一种金属结构聚能弹，它采用全金属结构形式，利用高爆速炸药引爆低爆速炸药的复杂聚能结构，适用于大孔径(φ250)炮孔。单个聚能弹线装药密度2547～2709g/m，在炮孔内采用间隔串联布置。

8)预裂爆破专用器件

中国专利ZL03234195.4公开了一种预裂爆破专用器件。它包括任一横截面形状均相同的大管；其管壁在圆周上延伸，形成两个间隔180度的聚能穴，聚能穴的角度在35～55度之间，还包括形状和大管相似、直径较小的小管；还包括异径接：由有锥度的空心管件两端分别联接一直管段组成；还包括形状相同、分别用于扣合在小管和大管外端的上盖和下盖：二者底板中部开有导爆索孔。但由于其异径接上没有聚能穴，无法形成完整的预裂面，孔内无法对中，预裂面无法对齐。

上述各预裂与光面爆破技术，存在以下问题：

1、其最大缺陷是都没有“对中装置”，因此聚能射流不能保证沿预裂面或光爆面喷射，也就无法正常充分发挥聚能射流的作用，无法使聚能射流形成一个完整的聚能射流面。

2、所成形的聚能药卷一般都为圆形，没有改变炸药对爆破炮孔孔壁的作用力分布状况。

3、结构复杂，施工中钻孔工程量大，造价高，并且对保留岩体的危害作用也比较大；不具备实用价值，难以在工程中广泛推广应用。

4、由于存在上述问题，上述各预裂与光面爆破技术均未见大面积推广应用的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷，提供一种可提高爆破能量利用率、极大增强预裂效果、减少造孔量、施工工艺简单、便捷实用、成本低廉、爆破后对保留岩体破坏影响小、提高保留岩体的完整性和稳定性、爆破面更为平整的双聚能预裂与光面爆破方法及其专用装置。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案。本发明的双聚能预裂与光面爆破方法，其特征在于它是将充满炸药的管壁上带有对称设置的双V形聚能槽的多节聚能管标准节置入按预裂爆破或光面爆破要求开设的各炮孔中，各聚能管标准节通过联接套管联接，联接套管的管壁上亦对称设置有与聚能管标准节的V形聚能槽相嵌合的双V形聚能槽，并在聚能管标准节上套设孔内对中环，使每一炮孔内上下各节聚能管标准节的各V形聚能槽的中心线在一个面上，于爆破炮孔孔口的聚能管标准节地面端部套设孔口对中环，孔口对中环的环壁上设有对称设置且方位与聚能管标准节的V形聚能槽方位相同的用于对中标识的两个V形对中槽，使各V形聚能槽中心线在各炮孔内和炮孔间形成一个面，该面与所需施工的预裂或光面爆破面对中重合，引爆炸药后在裂缝开始形成的同时因为高压气体的膨胀作用和高能气流的气刃作用使聚能射流能沿着初始形成的微小裂缝喷射，进而形成预裂或光面爆破面，完成聚能预裂或光面爆破。

本发明方法的具体工艺步骤为：

1)首先将聚能管标准节装好炸药并按照现场炮孔编号，所述聚能管标准节的横截面形状为椭圆环，两个V型聚能槽沿椭圆长轴方向对称设置；

2)爆破现场对照炮孔编号将相同编号的聚能管标准节送入炮孔，在聚能管标准节上套上孔内对中环，首尾相接的两节聚能管标准节由横截面形状为椭圆环的联接套管连接，且联接套管的双V形聚能槽与聚能管标准节的双V型聚能槽相嵌合，依次将多节聚能管标准节安装入炮孔直至炮孔孔口，导爆索从孔内对中环上所设导爆索孔内穿过；

3)在露出炮孔的聚能管标准节上套上孔口对中环，转动孔口对中环，使其上所设方位与聚能管标准节的V形聚能槽方位相同的V形对中槽的中心线与设计预裂面或者光面爆破面重合；

4)相邻炮孔的孔口对中环通过其上所设固定孔以铁丝拉紧固定；

5)各炮孔的导爆索联网引爆。

为实现上述方法设计的双聚能预裂与光面爆破专用装置，其特征在于：它包括多节横截面形状为椭圆环的聚能管标准节、套于聚能管标准节上联接首尾相接的两节聚能管标准节的联接套管、位于炮孔孔口的孔口对中环和位于炮孔内的孔内对中环；所述聚能管标准节的管壁上沿椭圆长轴方向对称设置有两个V型聚能槽，联接套管的横截面形状亦为椭圆环，其管壁上沿椭圆长轴方向亦对称设置有两个与聚能管标准节的V型聚能槽相嵌合的V形聚能槽，孔内对中环包括一横截面形状为椭圆环的套于聚能管标准节上的孔内对中套管，孔内对中套管的腰部设有对中圆台，对中圆台上开有导爆索孔；孔口对中环套于位于爆破炮孔孔口的聚能管标准节的地面端部，其横截面形状亦为椭圆环，环壁顶部设有对称设置且方位与聚能管标准节的V形聚能槽方位相同的用于对中标识的两个V型对中槽，腰部设有连接台，连接台上设有用于固定孔口对中环的固定孔。

所述聚能管标准节的V形聚能槽和联接套管的V型聚能槽的角度α在60～90度之间。

所述聚能管标准节及联接套管为均匀壁厚，厚度均为2mm。

所述聚能管标准节及联接套管可采用聚氯乙烯制作，孔口对中环及孔内对中环可采用聚丙烯制作。

所述固定孔为4个，呈对称布置。

所述导爆索孔于孔内对中套管的椭圆短轴方向并紧挨孔内对中套管对称布置2个。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明根据预裂爆破、光面爆破作用原理，按爆破技术要求成节制备，现场联接，根据孔深去调整聚能管标准节节数和孔口聚能管标准节的长度，操作简单便捷，实用，经济，高效且成本低廉。弥补了现场制备预裂药包工作量大、时间长、受空间、材料、工艺制约的限制。由于在聚能管标准节上设置了双聚能槽，使炸药爆破能量的利用率得到极大地提高，孔内对中环和孔口对中环使双聚能槽中心线在孔内和孔间形成一个面，该面与所需施工的预裂或光面爆破面对中重合，聚能射流沿该面喷射，并且与预裂爆破面或光爆破面完全吻合，大大增强了预裂和光面爆破效果，采用椭圆形聚能管，改变了对炮孔孔壁作用力的分布比值，增强了预裂(光爆)成缝方向的爆破作用力，由于聚能射流的气刃作用和爆破应力波的综合作用将会使得双聚能预裂与光面爆破的预裂或光面爆破面比普通预裂或光面爆破面更为平整；采用本发明会使爆破应力波作用、高压气体的膨胀作用、聚能射流的气刃作用在岩体形成裂缝的瞬间能够相互作用，使裂缝更容易形成并且得到充分的扩展和延伸，这也就相应地降低了预裂(光面)爆破的面装药密度和单位面积造孔量，并且大大减小了爆破对基岩的危害作用、增强了保留岩体的完整性和稳定性。本装置经多次施工试验，经统计分析证明与普通预裂或光面爆破相比能降低炸药用量50～60％，减少造孔量50～60％，降低成本50～55％。本发明有很好的推广应用前景。

附图说明

图1为本发明的专用装置在预裂(光爆)面的组装结构示意图；

图2为图1沿A-A线的剖视图；

图3为本发明装置的组装结构示意图；

图4为图3沿B-B线的剖面放大图；

图5为图3沿C-C线的剖面放大图；

图6为孔口对中环的平面结构示意图；

图7为图6沿D-D线的剖视图；

图8为图6沿E-E线的剖视图；

图9为孔内对中环的平面结构示意图；

图10为图9沿F-F线的剖视图；

图11为本发明的立体结构示意图。

图中各标号表示：

1、孔口对中环       12、连接台                       2、炮孔

3、聚能管标准节     31、聚能管标准节的V型聚能槽      4、孔内对中环

41、孔内对中套管    42、对中圆台                     421、导爆索孔

5、联接套管         51、联接套管的V型聚能槽          6、铁丝

7、固定孔           8、注塑排气孔                    9、V型对中槽

10、炮孔底部加强药卷

具体实施方式

本发明的双聚能预裂与光面爆破方法，它是采用如图1～11所示的双聚能预裂与光面爆破专用装置，实现聚能预裂或光面爆破。

本发明的双聚能预裂与光面爆破专用装置如图1～11所示，它包括多节横截面形状为椭圆环的聚能管标准节3、套于聚能管标准节3上联接首尾相接的两节聚能管标准节3的联接套管5、位于炮孔孔口的孔口对中环1和位于炮孔内的孔内对中环4，由联接套管5联接各节聚能管标准节3，使其长度达到炮孔深度；如图5所示，聚能管标准节3的管壁上沿椭圆长轴方向对称设置有两个V型聚能槽31；位于首尾相接的两聚能管标准节3的相接处的联接套管5的横截面形状也为椭圆环，联接套管5的内径与聚能管标准节3的外径相同，如图4所示，其管壁上沿椭圆长轴方向对称设置有两个与聚能管标准节的V型聚能槽31相嵌合的V型聚能槽51，能确保首尾相接的两聚能管标准节3紧密相接成为整体，这样就可以确保V型聚能槽31的中心在炮孔2中全孔上下在一条直线上。聚能管标准节的V型聚能槽31和联接套管的V型聚能槽51的角度α可在60～90度之间，本实施例为80度。如图3、9、10所示，孔内对中环4包括一横截面形状为椭圆环的套于聚能管标准节3上的孔内对中套管41，孔内对中套管41内径与聚能管标准节3外径相同，孔内对中套管41的腰部设有对中圆台42，对中圆台42的外径略小于爆破炮孔2的孔径，与爆破炮孔2间留有一定的间隙，以便其能够顺利送入爆破炮孔2内并可转动，对中圆台42上开有导爆索孔421，本例中导爆索孔421于孔内对中套管41的椭圆短轴方向并紧挨孔内对中套管41对称布置2个。导爆索从导爆索孔421内穿过。根据爆破炮孔2的深度决定聚能管标准节3的节数、联接套管5和孔内对中环4的数目，每节聚能管标准节3上可配装一件孔内对中环4，使安装在炮孔2内的本发明的专用装置做到在预裂(光面)爆破炮孔2内居中，但本实施例中位于炮孔2底部的第一节聚能管标准节3上未装孔内对中环4(第一节聚能管标准节3端部的V型聚能槽31的两侧绑有炮孔底部加强药卷10可起到孔内对中环4的作用)。本例中，聚能管标准节3长度为3米，炮孔2深12米，采用4节3米长的聚能管标准节3，每相邻二节聚能管标准节3之间套设一联接套管5，孔内对中环4紧挨联接套管5上方设置，但也可放置于聚能管标准节3上的其它位置。本装置于爆破炮孔2内安装完成后，将孔口对中环1套于位于爆破炮孔2孔口的聚能管标准节3的地面端部。如图6、7、8所示，孔口对中环1的横截面形状也为椭圆环，环壁顶部设有对称设置且方位与聚能管标准节的V型聚能槽31方位相同的用于对中标识的两个V型对中槽9，腰部设有连接台12，连接台12上设有用于固定孔口对中环1的固定孔7，固定孔7为4个，呈对称布置于连接台12上。V型对中槽9的角度α1为60度，全部爆破炮孔2的孔口对中环1调整对中后，相邻炮孔的孔口对中环1通过其上所设固定孔7以铁丝6拉紧固定，使各炮孔的V形聚能槽中心沿预裂面或光面爆破面形成一条直线，各V形聚能槽中心线在各炮孔内和炮孔间形成一个面，该面与所需施工的预裂或光面爆破面对中重合，这样整个聚能射流喷射面就与预裂(光面)爆破面完全吻合并且在一个平面上了。引爆炸药后在裂缝开始形成的同时因为高压气体的膨胀作用和高能气流的气刃作用使聚能射流沿着初始形成的微小裂缝喷射，进而形成预裂或光面爆破面，完成聚能预裂或光面爆破。

聚能管标准节3及联接套管5为均匀壁厚，厚度为2mm。聚能管标准节3及联接套管5采用聚氯乙烯(PVC)制作，孔口对中环1及孔内对中环4采用聚丙烯(PP)制作。孔口对中环1的连接台12和孔内对中环4的对中圆台42上均设有注塑排气孔8。

采用上述装置实施的双聚能预裂方法，其具体工艺步骤(参见图1、2)为：

(1)首先在炸药库将聚能管标准节3装好炸药，并按照现场炮孔编号；

(2)按照炮孔编号将装好炸药的第1节聚能管标准节3送入炮孔2中，并按照设计要求在位于炮孔2底部的第一节聚能管标准节3端部的V型聚能槽31的两侧绑上炮孔底部加强药卷10，在第1节聚能管标准节3尾端套上联接套管5，将第2节聚能管标准节3首端套上孔内对中环4后插入联接套管5，并且使孔内对中环4紧挨联接套管5，这样联接套管5的V型聚能槽51与聚能管标准节3的V型聚能槽31就自然嵌合；

(3)按照步骤(2)，对照炮孔编号将相同编号的聚能管标准节3送入炮孔2，并由联接套管5依此联接到设计长度，每3米长聚能管标准节3配一个孔内对中环4，这样就可以做到安装好的聚能管标准节3在预裂(光面)爆破炮孔2的孔内居中；

(4)、导爆索从孔内对中环4上的导爆索孔421内穿过并用胶布缠绕固定，在已联接好的聚能管标准节3安装完成后，在露出炮孔的聚能管标准节3端部套上孔口对中环1，转动孔口对中环1，用拉线检查对中，使各孔口对中环1的V形对中槽9中心线沿预裂(光面)爆破面形成一条对中线，使V形对中槽9的中心线与设计预裂面或者光面爆破面重合。这样就可以保证每一炮孔2内上下各节聚能管标准节3的各V型聚能槽的中心线在一个面上，这样也就可以确保各孔口对中环1的V形对中槽9的中心线与各爆破炮孔2内的聚能管标准节3的V型聚能槽31的中心线形成一个面，该面与所需施工的预裂(光面)爆破面对中重合，然后将相邻炮孔的孔口对中环1通过固定孔7以铁丝6拉紧固定并封堵炮孔，到此双聚能预裂与光面爆破专用装置即告安装完成；

(5)最后将各炮孔的导爆索联网引爆，本发明的装置爆炸后将于裂缝开始形成的同时由于高压气体的膨胀作用和高能气流的气刃作用使聚能射流沿着预裂(光面)爆破面喷射，换句话说双聚能槽聚能管爆炸后，爆破应力波作用、高压气体的膨胀作用、聚能射流的气刃作用就会在岩体形成裂缝的瞬间能够相互作用，使裂缝更容易形成并且得到充分的扩展和延伸，这也就相应地降低了预裂(光面)爆破的面装药密度和单位面积造孔量，并且大大减小了爆破对基岩的危害作用、增强了保留岩体的稳定性。由于聚能射流的气刃作用和爆破应力波的综合作用将会使得采用双聚能预裂与光面爆破方法施工的预裂或光面爆破面比采用普通预裂或光面爆破方法施工的成缝面更为平整。

本聚能管标准节3装药可在炸药库或者现场适合的活动工棚内完成，也可以形成专业加工，直接提供施工使用。本聚能管标准节3装药场地应满足通风、采光、照明、避雨、防雷电、静电等要求。面积及标准根据工程确定。双聚能预裂与光面爆破专用装置的截面尺寸，根据不同的岩性、不同造孔直径确定。

Claims (10)

1、一种双聚能预裂与光面爆破方法，其特征在于它是将充满炸药的管壁上带有对称设置的双V形聚能槽的多节聚能管标准节置入按预裂爆破或光面爆破要求开设的各炮孔中，各聚能管标准节通过联接套管联接，联接套管的管壁上亦对称设置有与聚能管标准节的V形聚能槽相嵌合的双V形聚能槽，并在聚能管标准节上套设孔内对中环，使每一炮孔内上下各节聚能管标准节的各V形聚能槽的中心线在一个面上，于爆破炮孔孔口的聚能管标准节地面端部套设孔口对中环，孔口对中环的环壁上设有对称设置且方位与聚能管标准节的V形聚能槽方位相同的用于对中标识的两个V形对中槽，使各V形聚能槽中心线在各炮孔内和炮孔间形成一个面，该面与所需施工的预裂或光面爆破面对中重合，引爆炸药后在裂缝开始形成的同时因为高压气体的膨胀作用和高能气流的气刃作用使聚能射流沿着初始形成的微小裂缝喷射，进而形成预裂或光面爆破面，完成聚能预裂或光面爆破。

2、根据权利要求1所述的双聚能预裂与光面爆破方法，其特征在于其具体工艺步骤为：

1)首先将聚能管标准节装好炸药并按照现场炮孔编号，所述聚能管标准节的横截面形状为椭圆环，两个V型聚能槽沿椭圆长轴方向对称设置；

2)爆破现场对照炮孔编号将相同编号的聚能管标准节送入炮孔，在聚能管标准节上套上孔内对中环，首尾相接的两节聚能管标准节由横截面形状为椭圆环的联接套管连接，且联接套管的双V形聚能槽与聚能管标准节的双V型聚能槽相嵌合，依次将多节聚能管标准节安装入炮孔直至炮孔孔口，导爆索从孔内对中环上所设导爆索孔内穿过；

3)在露出炮孔的聚能管标准节上套上孔口对中环，转动孔口对中环，使其上所设与V形聚能槽方位相同的V形对中槽的中心线与设计预裂面或者光面爆破面重合；

4)相邻炮孔的孔口对中环通过其上所设固定孔以铁丝拉紧固定；

5)各炮孔的导爆索联网引爆。

3、一种如权利要求1所述的双聚能预裂与光面爆破专用装置，其特征在于：它包括多节横截面形状为椭圆环的聚能管标准节(3)、套于聚能管标准节(3)上联接首尾相接的两节聚能管标准节(3)的联接套管(5)、位于炮孔孔口的孔口对中环(1)和位于炮孔内的孔内对中环(4)；所述聚能管标准节(3)的管壁上沿椭圆长轴方向对称设置有两个V型聚能槽(31)，联接套管(5)的横截面形状亦为椭圆环，其管壁上沿椭圆长轴方向亦对称设置有两个与聚能管标准节的V型聚能槽(31)相嵌合的V形聚能槽(51)，孔内对中环(4)包括一横截面形状为椭圆环的套于聚能管标准节(3)上的孔内对中套管(41)，孔内对中套管(41)的腰部设有对中圆台(42)，对中圆台(42)上开有导爆索孔(421)；孔口对中环(1)套于位于爆破炮孔孔口的聚能管标准节(3)的地面端部，其横截面形状亦为椭圆环，环壁顶部设有对称设置且方位与聚能管标准节(3)的V形聚能槽(31)方位相同的用于对中标识的两个V型对中槽(9)，腰部设有连接台(12)，连接台(12)上设有用于固定孔口对中环(1)的固定孔(7)。

4、根据权利要求3所述的双聚能预裂与光面爆破专用装置，其特征在于所述聚能管标准节的V形聚能槽(31)和联接套管的V型聚能槽(51)的角度α在60～90度之间。

5、根据权利要求4所述的双聚能预裂与光面爆破专用装置，其特征在于所述聚能管标准节的V形聚能槽(31)和联接套管的V型聚能槽(51)的角度α为80度。

6、根据权利要求3或4或5所述的双聚能预裂与光面爆破专用装置，其特征在于所述聚能管标准节(3)及联接套管(5)为均匀壁厚，厚度为2mm。

7、根据权利要求3或4或5所述的双聚能预裂与光面爆破专用装置，其特征在于所述聚能管标准节(3)及联接套管(5)采用聚氯乙烯制作，孔口对中环(1)及孔内对中环(4)采用聚丙烯制作。

8、根据权利要求3或4或5所述的双聚能预裂与光面爆破专用装置，其特征在于所述固定孔(7)为4个，呈对称布置。

9、根据权利要求3或4或5所述的双聚能预裂与光面爆破专用装置，其特征在于所述导爆索孔(421)于孔内对中套管(41)的椭圆短轴方向并紧挨孔内对中套管(41)对称布置2个。

10、根据权利要求10所述的双聚能预裂与光面爆破专用装置，其特征在于所述固定孔(7)为4个，呈对称布置。

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