CN102200024B - 瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置与封孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置，包括抽采管、注浆插头、左囊袋和右囊袋，抽采管从左、右囊袋中穿过，抽采管中部设有多功能阀，多功能阀阀体的左右两侧分别连接有左分流管和右分流管，左、右分流管皆套设在所述抽采管上且左、右分流管的内径皆大于所述抽采管的外径从而在左、右分流管与抽采管之间形成浆液流道，抽采管内插设有注浆插管。本发明能够实现对封孔段钻孔更有效注浆封孔、更好的防止封孔段钻孔周围漏气裂隙的产生和发展。本发明还提供了使用上述瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置的封孔方法，该方法使封孔段钻孔周围产生高应力区，降低封孔段钻孔周围煤体的透气性，实现了对封孔段钻孔进行有效注浆封孔的目的。

Description

瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置与封孔方法

技术领域

本发明涉及煤矿瓦斯抽采钻孔的封孔装置与封孔方法，尤其是适应煤矿井下本煤层钻孔永久性封孔的封孔装置与封孔方法。

背景技术

井下抽采钻孔深度一般在50米至数百米，仅对距离孔口一定距离的某一段钻孔进行封孔，除倾斜钻孔之外难以采用直接注浆的方法进行封孔，煤矿井下瓦斯抽采钻孔的封孔分永久性封孔和临时性封孔。目前，公知的本煤层瓦斯抽采钻孔的永久性封孔是以发泡聚氨酯、发泡水泥和其它发泡材料做为封孔材料，早期的“水泥卷封孔装置”（ZL90227075.3）已不再采用，钻孔直接灌浆封孔法仅适用于倾斜钻孔，国内目前普遍采用发泡聚氨酯材料封孔。目前，公知的采煤工作面瓦斯抽放钻孔的临时性封孔采用可复用的机械封孔装置封孔，如“井下瓦斯抽放充气式囊袋封孔器”（ZL94209078.0）、胶套膨胀式“煤岩层钻孔封孔器”（ZL200420010782.9）等。本申请人发明“囊袋式注浆封孔装置及其封孔方法”（ ZL200710054384.5）存在的缺陷是：第一，管外注浆，必须双管并列插入钻孔，限制了封孔管的直径，瓦斯抽采的阻力加大；第二，两个囊袋之间的注浆依靠弹簧球珠单向阀控制开启压力，弹簧球珠单向阀存在注浆压降，导致两个囊袋之间的注浆压力低于两个囊袋的注浆压力，影响封孔的质量和效果；第三，弹簧球珠单向阀受井下潮湿环境的影响，开启压力变化较大，导致封孔的成功率降低。本申请人发明“瓦斯抽采二次高压注浆封孔装置及其封孔方法”（ ZL200910064186.6），存在的缺陷是：第一，需要间隔一定时间分两次注浆封孔，注浆封孔工艺繁琐；第二，首次向囊袋注浆之后，进浆口不可避免的出现滴浆现象，需要对滴浆进行清水冲洗，冲洗不当将会导致第二次注浆时注浆插头难以插入，导致二次注浆失败；第三，在结构上限制了两个囊袋带之间钻孔注浆段的长度，影响封孔效果。另外，本申请人以前发明的两项技术（ ZL200910064186.6和 ZL200710054384.5）还存在一个共同缺陷，即囊袋两端的捆扎均采用外捆扎方式，捆扎的抗撕裂能力小于囊袋的抗撕裂能力，不能充分发挥囊袋的注浆膨胀效果，捆扎的可靠度不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现对封孔段钻孔实施更有效注浆封孔、更好的防止封孔段钻孔周围漏气裂隙的产生和发展的瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置。

为实现上述目的，本发明的瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置包括抽采管、注浆插头、左囊袋和右囊袋，抽采管从左、右囊袋中穿过，其特征在于：所述抽采管中部设有多功能阀，多功能阀包括阀体，多功能阀阀体上设有弹簧球珠单向阀和薄膜球珠单向阀，弹簧球珠单向阀设有第一进浆孔和第一出浆孔；薄膜球珠单向阀设有第二进浆孔和第二出浆孔；多功能阀阀体的左右两侧分别连接有左分流管和右分流管，左、右分流管皆套设在所述抽采管上且左、右分流管的内径皆大于所述抽采管的外径从而在左、右分流管与抽采管之间形成浆液流道，左分流管的左端通过左分流支撑件与所述左囊袋相连，右分流管的右端通过右分流支撑件与所述右囊袋相连，所述左、右分流支撑件上分别设有连接所述浆液流道和所述左、右囊袋的浆液通道；所述浆液流道与第一出浆孔相连通；所述左、右囊袋靠近所述多功能阀的一端分别捆扎在所述左、右分流支撑件上，所述左、右囊袋远离所述多功能阀的一端分别捆扎在所述抽采管上；所述抽采管内插设有注浆插管，注浆时注浆插管的端口与所述注浆插头内设的注浆通道相连通，所述注浆通道与所述第一和第二进浆孔相连通；所述第二出浆孔与左、右囊袋间的钻孔相连通。

所述弹簧球珠单向阀包括多功能阀阀体内设的第一空腔，第一空腔外侧的多功能阀阀体上设有第一阀盖，第一空腔内侧的多功能阀阀体上设有所述第一进浆孔且第一空腔内设有与所述第一进浆孔相适配的球珠，球珠与所述第一阀盖之间设有压簧，所述第一出浆孔设在所述多功能阀阀体内并与所述第一空腔相连通；所述薄膜球珠单向阀包括多功能阀阀体内设的第二空腔，第二空腔外侧的多功能阀阀体上设有第二阀盖，第二空腔内侧的多功能阀阀体上设有所述第二进浆孔且第二空腔内设有与所述第二进浆孔相适配的球珠，第二阀盖的内表面上紧贴设有薄膜，薄膜内侧的多功能阀阀体上设有球珠阻止销，第二阀盖上设有被所述薄膜封闭的第二出浆孔，第二出浆孔外侧的第二阀盖上设有薄膜保护盖；所述薄膜为金属薄膜或塑料薄膜。

左分流支撑件的左端和右分流支撑件的右端分别设有捆扎槽，所述左、右囊袋靠近所述多功能阀的一端分别以外捆扎的方式捆扎在所述捆扎槽内，所述左、右囊袋远离所述多功能阀的一端以内捆扎的方式捆扎在所述抽采管上。

所述多功能阀为塑料注塑件，所述左、右分流管均为塑料管；所述左、右分流支撑件为注塑件。

所述注浆插头内还设有前后贯通的排气通道，用于连通多功能阀两侧的抽采管。

可排气注浆插头上设置有弹簧卡，弹簧卡包括弹簧和连接在弹簧两端的钢片。

本发明的瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置具有如下的优点：

1.由于注浆插管（注浆插管可以是液压胶管、塑料管、分段连接的金属管等）

设在抽采管内，因此无须采用以往双管并列插入钻孔的工作方式，便于采用较大直径的抽采管，减小瓦斯抽采阻力。由于薄膜球珠单向阀内没有弹簧，因此浆液通过薄膜球珠单向阀时的压降要小于浆液通过弹簧球珠单向阀时的压降，使囊袋之间钻孔的注浆压力高于囊袋的注浆压力，囊袋内的最终压力会大于囊袋的注浆压力，并与囊袋之间钻孔内的注浆压力保持压力平衡，与以往囊袋间钻孔的注浆压力低于囊袋的注浆压力相比，提高了封孔的质量和效果。同时，通过加长分流管的长度，可随意提高两个囊袋之间的钻孔注浆长度，克服ZL200910064186.6所公开的瓦斯抽采二次高压注浆封孔装置所具有的两个囊袋之间的钻孔注浆长度受限的缺陷。

2. 弹簧球珠单向阀和薄膜球珠单向阀结构简单，便于制造，成本较低。薄膜球珠单向阀是个压力控制阀，其打开压力等于薄膜的破坏压力。薄膜保护盖的设置能够防止薄膜在使用前尤其是在运输过程中发生破损。

3. 左、右囊袋采用内捆扎方式的一端可以利用左、右囊袋内浆液的压力和包裹塑料环来提高内捆扎的抗撕裂能力；左、右囊袋的另一端采用外捆扎方式捆扎在左、右分流支撑件的捆扎槽内，利用两个囊袋之间的注浆压力来提高外捆扎的抗撕裂力。与以往左、右囊袋两端的均采用外捆扎方式相比，提高了捆扎的可靠性和捆扎的抗撕裂能力，克服了（ ZL200910064186.6）和（ ZL200710054384.5）的共同缺陷（即捆扎的抗撕裂能力小于囊袋的抗撕裂能力、不能充分发挥囊袋的注浆膨胀效果、捆扎的可靠度不高）。

4. 多功能阀、注浆插管等的设置易于连接，成本较低。

5. 排气通道的设置保证了注浆封孔期间瓦斯气流能够穿越注浆插头，使注浆插头具有排气功能，防止注浆封孔期间瓦斯气流阻塞产生压力从而推动注浆插头产生移位，增强了注浆封孔工作的可靠性。

6. 弹簧卡的设置能够在注浆封孔时稳定可排气注浆插头。

本发明的目的还在于提供一种使用上述瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置的封孔方法。

为实现上述发明目的，本发明的封孔方法依次按以下步骤进行：第一步，将所述瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置插入钻孔，根据要求的封孔深度，使瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置达到预定的封孔位置；第二步，准备注浆浆液；将带有注浆插头的注浆插管与外置注浆泵联接，并检查注浆泵、注浆插管和注浆插头的工况是否良好；第三步，将带有注浆插头的注浆插管插入抽采管内孔，待注浆插头接触多功能阀时，后抽注浆插管，然后有力插入注浆插管使注浆插头进入多功能阀达到工作位置；第四步，开动注浆泵进行注浆，注浆压力逐步升高，浆液经由注浆插管－注浆插头－弹簧球珠单向阀－浆液流道－浆液通道进入左、右囊袋中，两个囊袋注浆后膨胀从而将钻孔封堵；注浆压力达到薄膜球珠单向阀的薄膜破坏压力时，薄膜破损，浆液经由第二出浆孔进入左、右囊袋之间的钻孔，注浆压力突然降低导致弹簧球珠单向阀内的球珠在左、右囊袋内浆液的压力作用下封堵第一进浆口，从而关闭弹簧球珠单向阀；当注浆压力再次升高并达到设定的注浆压力时停止注浆；第五步，拔出注浆插管和注浆插头，封孔注浆完毕，接着对注浆插管、注浆插头和注浆泵进行清洗，待下次封孔时使用。

采用本发明所述的技术方案，一方面利用浆液充填封孔段钻孔周边的裂隙，另一方面利用注浆材料的后期膨胀对封孔段钻孔施加主动的支护，使封孔段钻孔周围产生高应力区，降低封孔段钻孔周围煤体的透气性，实现了对封孔段钻孔进行有效注浆封孔的目的。

附图说明

图1所示为本发明的瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置去掉注浆插头和注浆插管后的结构示意图；

图2是图1中A处的放大结构示意图；

图3所示为多功能阀－分流管－分流支撑件－抽采管的组装示意图；

图4所示为囊袋捆扎方式示意图；

图5所示为可排气注浆插头工作示意图；

图6是图5的A－A剖视图；

图7为注浆封孔后状态示意图。

具体实施方式

如图1至图7所示，本发明的瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置包括抽采管6、注浆插头5、左囊袋4A和右囊袋4B，抽采管6从左、右囊袋4A、4B中穿过，所述左、右囊袋4A、4B结构相同，均包括内外两层，内层为乳胶套4C，外层为罗纹布套4D，所述乳胶套4C上穿刺有微孔（图未示），便于排气。所述抽采管6中部设有多功能阀，多功能阀包括阀体1，多功能阀上设有弹簧球珠单向阀和薄膜球珠单向阀，弹簧球珠单向阀设有第一进浆孔111和第一出浆孔112；薄膜球珠单向阀设有第二进浆孔113和第二出浆孔114。

如图1至图7所示，多功能阀阀体1的左右两侧分别连接有左分流管2A和右分流管2B，左、右分流管2A、2B皆套设在所述抽采管6上且左、右分流管2A、2B的内径皆大于所述抽采管6的外径从而在左、右分流管2A、2B与抽采管6之间形成浆液流道71，左分流管2A的左端通过左分流支撑件3A与所述左囊袋4A相连，右分流管2B的右端通过右分流支撑件3B与所述右囊袋4B相连，所述左、右分流支撑件3A、3B上分别设有连接所述浆液流道71和所述左、右囊袋4A、4B的浆液通道3C；所述浆液流道71与第一出浆孔112相连通。

如图1和图4所示，所述左、右囊袋4A、4B靠近所述多功能阀的一端分别捆扎在所述左、右分流支撑件3A、3B上，所述左、右囊袋4A、4B远离所述多功能阀的一端分别捆扎在所述抽采管6上。

如图5和图6所示，封孔注浆时所述抽采管6内插设有注浆插管7，注浆插管7为液压胶管且其右端在注浆时与所述注浆插头5内设的注浆通道51相连通，所述注浆通道51与所述第一和第二进浆孔111、113相连通；封孔注浆前需要将薄膜保护盖95撬开，使所述第二出浆孔114与左、右囊袋4A、4B间的钻孔53直接相连通。所述注浆插头5内还设有前后贯通的排气通道52，用于连通多功能阀两侧的抽采管6，使抽采管6内的瓦斯气流能够通过注浆插头5，实现排气功能，减少注浆期间瓦斯气流对注浆插头5的推力。如图5所示，注浆插头5上设置有弹簧卡，弹簧卡包括弹簧72和连接在弹簧两端的钢片73，用来增加注浆插头5插入多功能阀后的稳定性。

如图1、图2、图3、图5和图6所示，所述弹簧球珠单向阀包括多功能阀阀体1内设的第一空腔115，第一空腔115外侧的多功能阀阀体上设有第一阀盖116，第一空腔115内侧的多功能阀阀体1上设有所述第一进浆孔111且第一空腔115内设有与所述第一进浆孔111相适配的球珠17，球珠17与所述第一阀盖116之间设有压簧118，所述第一出浆孔112设在所述多功能阀阀体1内并与所述第一空腔115相连通。

如图1、图2、图3、图5和图6所示，所述薄膜球珠单向阀包括多功能阀阀体1内设的第二空腔120，第二空腔120外侧的多功能阀阀体1上设有第二阀盖92，第二空腔120内侧的多功能阀阀体1上设有所述第二进浆孔113且第二空腔120内设有与所述第二进浆孔113相适配的球珠17，第二阀盖92的内表面上紧贴设有薄膜93，薄膜93内侧的多功能阀阀体1上设有球珠阻止销94，第二阀盖92上设有被所述薄膜93封闭的第二出浆孔114，第二出浆孔114外侧的第二阀盖92上设有薄膜保护盖95；所述薄膜93为金属薄膜或塑料薄膜。

如图1和图4所示，左分流支撑件3A的左端和右分流支撑件3B的右端分别设有捆扎槽31，所述左、右囊袋4A、4B靠近所述多功能阀的一端分别以外捆扎的方式捆扎在所述捆扎槽31内，所述左、右囊袋4A、4B远离所述多功能阀的一端以内捆扎的方式捆扎在所述抽采管6上。如图1和图4所示，捆扎时，首先采用囊袋内捆扎41将左、右囊袋4A、4B的一端分别直接捆扎在抽采管6上，囊袋内捆扎41由捆扎绳411和包括环412构成；其次对左、右囊袋4A、4B的另一端采用囊袋外捆扎42分别捆扎于左、右分流支撑件3A、3B的捆扎槽31内。囊袋内捆扎41可以利用左、右囊袋4A、4B内的注浆压力提高捆扎的抗撕裂能力，囊袋外捆扎42可以利用左、右囊袋4A、4B之间的注浆压力提高捆扎的抗撕裂能力。

其中，所述多功能阀为塑料注塑件，所述注浆插管7为液压胶管；所述左、右分流管2A、2B均为塑料管；所述左、右分流支撑件3A、3B为注塑件。所述抽采管6与所述多功能阀阀体1通过粘接的方式相连接，下述部件之间均通过粘接或热熔连接的方式连接在一起：

（1）所述多功能阀阀体1与所述左、右分流管2A、2B；

（2）所述左、右分流管2A、2B与所述左、右分流支撑件3A、3B。

如图7所示，封孔注浆后，左、右囊袋4A、4B内以及左、右囊袋4A、4B之间的钻孔53内填满浆液，浆液凝固后膨胀，从而撑紧钻孔53，起到更好的支护作用。

所述瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置的封孔方法按以下步骤进行：

第一步，将所述瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置插入钻孔53，根据要求的封孔深度，使瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置达到预定的封孔位置；

第二步，准备注浆浆液，浆液材料可选用微膨胀水泥或高水材料，也可选用类似的无机材料，当然也可以采用其它适宜注浆的有机注浆材料；将带有注浆插头5的注浆插管7与外置注浆泵联接，并检查注浆泵、注浆插管7和注浆插头5的工况是否良好；

第三步，将带有注浆插头5的注浆插管7插入抽采管6内孔，待注浆插头5接触多功能阀时，后抽注浆插管7，然后有力插入注浆插管7使注浆插头5进入多功能阀达到图1、图5和图7所示的工作位置；

第四步，开动注浆泵进行注浆，注浆压力逐步升高，浆液经由注浆插管7－注浆插头5－弹簧球珠单向阀－浆液流道71－浆液通道3C进入左、右囊袋4A、4B中并由弹簧球珠单向阀防止左、右囊袋4A、4B内的浆液回流，两个囊袋注浆后膨胀从而将钻孔53封堵；注浆压力达到薄膜球珠单向阀的薄膜破坏压力时，薄膜破损，浆液喷出时冲破薄膜保护盖95。浆液经由第二出浆孔114进入左、右囊袋4A、4B之间的钻孔53，注浆压力突然降低导致弹簧球珠单向阀内的球珠在左、右囊袋4A、4B内浆液的压力作用下封堵第一进浆口，从而关闭弹簧球珠单向阀；当注浆压力再次升高并达到设定的注浆压力时停止注浆；

第五步，拔出注浆插管7和注浆插头5，封孔注浆完毕，接着对注浆插管7、注浆插头5和注浆泵进行清洗，待下次封孔时使用，至此本次封孔作业全部结束。

采用本发明所述的技术方案，一方面利用浆液充填封孔段钻孔53周边的裂隙，另一方面利用注浆材料的后期膨胀对封孔段钻孔53施加主动的支护，使封孔段钻孔53周围产生高应力区，降低封孔段钻孔53周围煤体的透气性，实现了对封孔段钻孔53进行有效注浆封孔的目的。

当然，本发明包括但不限于本实施例，如本发明提供的瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置与封孔方法最少含有两个囊袋（即所述的左囊袋4A和右囊袋4B），当然也可以沿抽采管6长度方向依次设置三个以上的囊袋，并在每两个囊袋之间设置多功能阀，从而将钻孔53分隔为更多段并进行分段封孔注浆；此类变换均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置，包括抽采管、注浆插头、左囊袋和右囊袋，抽采管从左、右囊袋中穿过，其特征在于：所述抽采管中部设有多功能阀，多功能阀包括阀体，多功能阀阀体上设有弹簧球珠单向阀和薄膜球珠单向阀，弹簧球珠单向阀设有第一进浆孔和第一出浆孔；薄膜球珠单向阀设有第二进浆孔和第二出浆孔；

多功能阀阀体的左右两侧分别连接有左分流管和右分流管，左、右分流管皆套设在所述抽采管上且左、右分流管的内径皆大于所述抽采管的外径从而在左、右分流管与抽采管之间形成浆液流道，左分流管的左端通过左分流支撑件与所述左囊袋相连，右分流管的右端通过右分流支撑件与所述右囊袋相连，所述左、右分流支撑件上分别设有连接所述浆液流道和所述左、右囊袋的浆液通道；所述浆液流道与第一出浆孔相连通；

所述左、右囊袋靠近所述多功能阀的一端分别捆扎在所述左、右分流支撑件上，所述左、右囊袋远离所述多功能阀的一端分别捆扎在所述抽采管上；

所述抽采管内插设有注浆插管，注浆时注浆插管的端口与所述注浆插头内设的注浆通道相连通，所述注浆通道与所述第一和第二进浆孔相连通；所述第二出浆孔与左、右囊袋间的钻孔相连通。

2.根据权利要求1所述的瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置，其特征在于：所述弹簧球珠单向阀包括多功能阀阀体内设的第一空腔，第一空腔外侧的多功能阀阀体上设有第一阀盖，第一空腔内侧的多功能阀阀体上设有所述第一进浆孔且第一空腔内设有与所述第一进浆孔相适配的球珠，球珠与所述第一阀盖之间设有压簧，所述第一出浆孔设在所述多功能阀阀体内并与所述第一空腔相连通；

所述薄膜球珠单向阀包括多功能阀阀体内设的第二空腔，第二空腔外侧的多功能阀阀体上设有第二阀盖，第二空腔内侧的多功能阀阀体上设有所述第二进浆孔且第二空腔内设有与所述第二进浆孔相适配的球珠，第二阀盖的内表面上紧贴设有薄膜，薄膜内侧的多功能阀阀体上设有球珠阻止销，第二阀盖上设有被所述薄膜封闭的第二出浆孔，第二出浆孔外侧的第二阀盖上设有薄膜保护盖；所述薄膜为金属薄膜或塑料薄膜。

3.根据权利要求1或2所述的瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置，其特征在于：左分流支撑件的左端和右分流支撑件的右端分别设有捆扎槽，所述左、右囊袋靠近所述多功能阀的一端分别以外捆扎的方式捆扎在所述捆扎槽内，所述左、右囊袋远离所述多功能阀的一端以内捆扎的方式捆扎在所述抽采管上。

4.根据权利要求1或2所述的瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置，其特征在于：所述多功能阀为塑料注塑件，所述左、右分流管均为塑料管；所述左、右分流支撑件为注塑件。

5.根据权利要求1或2所述的瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置，其特征在于：所述注浆插头内还设有前后贯通的排气通道，用于连通多功能阀两侧的抽采管。

6.根据权利要求5所述的瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置，其特征在于：所述注浆插头上设置有弹簧卡，弹簧卡包括弹簧和连接在弹簧两端的钢片。

7.使用权利要求2中所述瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置的封孔方法，其特征在于依次按以下步骤进行：

第一步，将所述瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置插入钻孔，根据要求的封孔深度，使瓦斯抽采中心分流式注浆封孔装置达到预定的封孔位置；

第二步，准备注浆浆液；将带有注浆插头的注浆插管与外置注浆泵联接，并检查注浆泵、注浆插管和注浆插头的工况是否良好；

第三步，将带有注浆插头的注浆插管插入抽采管内孔，待注浆插头接触多功能阀时，后抽注浆插管，然后有力插入注浆插管使注浆插头进入多功能阀达到工作位置；

第四步，开动注浆泵进行注浆，注浆压力逐步升高，浆液经由注浆插管－注浆插头－弹簧球珠单向阀－浆液流道－浆液通道进入左、右囊袋中，两个囊袋注浆后膨胀从而将钻孔封堵；注浆压力达到薄膜球珠单向阀的薄膜破坏压力时，薄膜破损，浆液经由第二出浆孔进入左、右囊袋之间的钻孔，注浆压力突然降低导致弹簧球珠单向阀内的球珠在左、右囊袋内浆液的压力作用下封堵第一进浆口，从而关闭弹簧球珠单向阀；当注浆压力再次升高并达到设定的注浆压力时停止注浆；

第五步，拔出注浆插管和注浆插头，封孔注浆完毕，接着对注浆插管、注浆插头和注浆泵进行清洗，待下次封孔时使用。

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