CN107676096B - 一种黑色冶金露天矿山连续开采系统及开采工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种黑色冶金露天矿山连续开采系统及开采工艺，属于露天采矿工艺技术领域。针对现有技术中存在的针对于矿石品种单一、矿体形态简单且不含夹石的矿山才可以使用的问题，本发明提供了一种黑色冶金露天矿山连续开采系统及开采工艺，包括对矿石进行挖掘的挖掘机，还包括移动式破碎站，移动式破碎站与移置胶带连接，物料通过移置胶带从一端输送至另一端，移置胶带另一端与物料分离装置相接，并通过物料分离装置将不同类型物料分别通过岩石胶带和矿石胶带输送至对应储存仓。它可以实现连续开采工艺，也能适用于矿体形态一般较复杂、开采中矿、岩需要分采分运的黑色冶金露天矿山，实现低成本、高自动化安全开采。

Description

一种黑色冶金露天矿山连续开采系统及开采工艺

技术领域

本发明涉及露天采矿工艺技术领域，更具体地说，涉及一种黑色冶金露天矿山连续开采系统及开采工艺。

背景技术

我国大中型黑色冶金露天矿山的开拓运输方式以汽车或铁路为主。据统计，目前我国大型深凹露天矿山的成本中，运输费用占40％～60％；随着开采深度增加，运输距离加大，导致运输成本不断增加，矿山经济效益降低。

胶带输送与汽车运输相比，具有成本低，运输能力大，运输距离长，运行可靠、操作简单，易于实现自动化、经济效益显著等优点，因而得到了日益广泛的应用和发展。特别是开采深度大，运输距离长，矿岩运量大的矿山，更适合采用胶带输送工艺。推广应用胶带运输对于我国露天矿山发展具有十分重要的意义。胶带输送一般与其他转载、破碎、运输设备联合使用，组成半连续、连续开采工艺系统，这也是露天矿开拓运输发展方向之一。半连续开采工艺系统构成及生产工艺为：

穿孔→爆破→铲装→汽车运输→半固定破碎站破碎→胶带运输。

挖掘机装汽车，汽车完成露天采场内部的水平运输，将矿岩运至半固定式破碎站(它可以随露天采场延伸而定期下移)，经破碎转载至胶带输送机，实际上就是汽车—胶带联合开拓运输。此工艺既能够发挥汽车运输的机动灵活、适应性强、短途运输经济、有利于强化开采的长处，又可发挥带式输送机运输能力大，爬坡能力强，运营成本低的优势。所以半连续开采工艺是目前各国采用较多的露天开采工艺之一，对大中型深凹露天矿具有普遍适用性，是我国未来深凹露天矿采矿工艺的重点发展方向。国外早在20世纪中期就已经开始使用，我国则在20世纪末开始使用，目前此工艺已在如石人沟铁矿，东鞍山铁矿，大孤山铁矿，齐大山铁矿、水厂铁矿、袁家村铁矿等黑色冶金矿山得到了广泛应用。

连续开采工艺系统构成及生产工艺为：

穿孔→爆破→铲装→移动式破碎站破碎→胶带运输。

采剥工作面装矿设备(如电铲、液压挖掘机等)将矿、岩运装至移动式破碎机，经破碎后矿岩转载到移动式胶带机，完成采场工作面内部运输，最后再经转载至固定胶带输送机完成外部运输。

连续开采工艺系统实际上就是把半连续开采工艺系统中的“铲装→汽车运输→破碎”部分替换成为“铲装→破碎”。这种工艺系统的创新之处在于采用的破碎站为移动式，移动式破碎站直接布置于采掘工作面，直接由采掘设备给料，并随着工作面推进而行进，最终将破碎后的物料通过胶带系统输送，从而能够彻底摆脱汽车的使用，最大程度发挥胶带输送在成本、环保、自动化、生产连续性等方面的优势。

连续开采工艺系统应用局限性：考虑工作面推进以及与后续胶带输送的衔接，一个生产工作面往往只布置一台移动式破碎站来处理单一品种物料，正因为如此，连续开采工艺系统目前仅仅应用在矿石品种单一、矿体形态简单且不含夹石的矿山，如煤矿、油砂矿或其他非金属露天矿山。连续开采工艺系统在世界和国内当前的主要应用情况：①澳大利亚Gooneylla煤矿。MMD公司于2002年在澳大利亚Gooneylla煤矿投入使用了一台设计额定能力为10000t/h的自移式破碎机，该自移式破碎机采用上部回转大轴承的履带行走机构，物料为煤矿表土，设备总重为1760t，配合作业的P&H4100XPB电铲斗容为55m³，受料仓可容纳300～350t物料，后续胶带宽度为2400mm。

②加拿大suncor油砂矿。MMD公司于2006年在加拿大suncor能源公司投入使用了一台设计能力为8000t/h的自移式破碎机，该自移式破碎机采用上部回转大轴承的履带行走机构，物料为油砂，配合作业的电铲斗容为54m³，后续胶带宽度为2400mm。

③加拿大suncor能源公司公司迈克默里堡油砂矿。蒂森克虏伯公司于2010年投入使用一台额定能力为8000t/h的自移式破碎机，配合其作业的电铲斗容为58m³，破碎的物料为油砂。

④中国华能伊敏煤电公司露天矿。蒂森克虏伯公司于2007年投入了一台3000t/h的自移式破碎机。

⑤内蒙古白音华二号矿。蒂森克虏伯公司于2011年投入6000t/h、设备总重1300t的自移式破碎机，主要用于剥离物的破碎；1台额定能力3000t/h(峰值能力3500t/h)、设备总重1000t(剥离)的自移式破碎机，主要用于煤的破碎。均采用的是纵向不带回转的履带行走机构，组合台阶作业。

⑥大唐胜利东二号露天矿。蒂森克虏伯公司于2013年投入3台套额定能力为9000t/h的自移式破碎机，单台阶作业，设备总重1300t，主要用于剥离物破碎。

⑦中煤平朔东露天矿。为蒂森克虏伯公司于2013年投入2台套额定能力为10000t/h的自移式破碎机，主要用于剥离物的破碎。

从以上可知，露天矿使用自移式破碎机半连续工艺主要物料为煤、油砂和剥离物等单一物料。而在矿体形态一般较复杂、开采中矿石、岩石需要分采分运的黑色冶金露天矿山尚无应用先例。

中国专利申请，申请号201510321610.6，公开日2015年10月7日，公开了一种矿山连续化开采输送系统机方法，它的移动输送设备一端与移动破碎设备衔接，另一端与半移动式输送设备衔接，半移动式输送设备与固定式输送设备衔接，固定式输送设备与碎石储存库相通。开采输送的方法，步骤包括：穿孔爆破矿石开采、铲装石料，铲装石料送入移动破碎机破碎，破碎后的石料转至移动式皮带输送机、置于移置式皮带输送机的小车上，然后由移置式皮带输送送入固定式皮带输送机，最后从固定式皮带输送机流入碎石储存库储存。此发明解决了传统的间断式矿山开采工艺成本高、危险性大的问题；以移动破碎机等移动设备为主机设备的矿山连续化开采能随采面推进跟进作业，可大幅降低物料倒运费用、操控灵活。但是其针对于含有矿石的三体很难进行处理，在矿体形态一般较复杂、开采中矿石、岩石需要分采分运的时候无法进行分离。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的针对于矿石品种单一、矿体形态简单且不含夹石的矿山才可以使用的问题，本发明提供了一种黑色冶金露天矿山连续开采系统及开采工艺，它可以实现连续开采工艺系统也能适用于矿体形态一般较复杂、开采中矿、岩需要分采分运的黑色冶金露天矿山，实现低成本、高自动化安全开采。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种黑色冶金露天矿山连续开采系统，包括对矿石进行挖掘的挖掘机，还包括移动式破碎站，移动式破碎站与移置胶带连接，物料通过移置胶带从一端输送至另一端，移置胶带另一端与物料分离装置相接，并通过物料分离装置将不同类型物料分别通过岩石胶带和矿石胶带输送至对应储存仓。

更进一步的，所述的移动式破碎站上连接有Locklink装置，通过Locklink装置将物料送入移置胶带。

更进一步的，所述的移置胶带为可调长度输送胶带。根据并不同的长度进行移置胶带的长度调整。

更进一步的，所述的物料分离装置为正反转胶带、分流槽或分料漏斗。

更进一步的，所述的正反转胶带两端分别连接岩石胶带和矿石胶带端部，移置胶带端部设置于正反转胶带中间部位上部。

更进一步的，所述的移动式破碎站包括给料仓、给料机和破碎机，给料仓设置于给料机前段。给料仓、给料机、破碎机集成为一体，配以履带行走装置，形成移动式破碎站。

一种基于上述所述的黑色冶金露天矿山连续开采工艺，其步骤如下：

A、爆破采掘工作面；

B、使用挖掘机将爆破的矿石或岩石送入移动式破碎站中；

C、移动式破碎站通过Locklink装置将矿石或岩石送入移置胶带上；Locklink装置的折叠角度和长度根据移动式破碎站和移置胶带的距离进行调整；移置胶带长度进行调整；

D、移置胶带将矿石或岩石送入物料分离装置，通过根据此阶段采集的是矿石或岩石，物料分离装置分离物料至岩石胶带和矿石胶带，岩石胶带和矿石胶带将物料送至对应的存储仓。

更进一步的，采掘工作面按工作线推进方向一个进尺爆破下来的矿石、岩石，直接使用单斗挖掘机作为装载设备，采用纵向推进，采剥工作线垂直矿体轴向布置，沿矿体走向或平行走向的方向推进。

更进一步的，Locklink装置为2-3段可折叠输送胶带构成。可以根据不同长度和角度，调整不同输送胶带的角度，将移动式破碎站和移置胶带连接，自由度高。

更进一步的，物料分离装置为正反转胶带时候，当来料为矿石时，正反转输送胶带向一侧运转，将矿石物料转运至矿石胶带；来料变为岩石时，正反转输送胶带向相反方向一侧运转，将岩石物料运至岩石胶带。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案解决了移动式破碎站布置于采场工作面后铲装设备喂料、一个工作面布置一台移动式破碎站后实现两种物料同时采用连续开采工艺的问题，使连续开采工艺系统也能适用于矿体形态一般较复杂、开采中矿、岩需要分采分运的黑色冶金露天矿山，以实现低成本、高自动化安全开采。尤其对于剥采比较小，矿石较贫的大型黑色冶金露天矿山具有很强适应性。

(2)现有技术在初级破碎给料口前，一般要设置单独给料机，目的是将需要破碎的物料按破碎机处理速度送入破碎腔内。产量较大时，采用重型板式给料机，这种给料机给料粒度大，适合采场爆破后矿岩。固定式破碎机给料机前面一般要设置固定料仓，汽车或火车等运输设备将物料卸入固定料仓后，通过重型板式给料机再进入固定式破碎机破碎。本方案采用移动式给料机，并在给料机前段设置给料仓。给料仓、给料机、破碎机集成为一体，配以履带行走装置，形成移动式破碎站。采场矿岩无需再通过汽车、火车等运输装载导入破碎机，而是直接由铲装设备在采场工作面将物料导入给料仓，从而实现铲装设备直接给破碎机喂料；

(3)移动破碎机应用一般生产能力都较大，其一般就近布置在采装设备附近，随采场设备推进进行移动。若为单一物料，则推进方式对生产均衡影响不大。但若同时处理矿石、岩石两种物料，需要考虑推进方式对生产均衡的影响。本方案针对于剥采比较小，矿石较贫的大型黑色冶金露天矿山，采用纵向推进。这样不仅能减少损失贫化，在多台阶生产时，各生产水平可实现矿带、岩带组合交错布置，以确保矿山总体矿石、岩石生产能力均衡；

(4)本方案主要采用正反转输送胶带实现矿石、岩石两种物料分离运输，从而实现矿石、岩石分采分运。与采场移动破碎站连接的胶带为单胶带矿石、岩石混合运输单胶带(根据破碎物料运输矿石或岩石)，与选厂或排土机连接的胶带为矿石、岩石单一运输胶带，当来料为矿石时，正反转输送胶带向一侧运转，将矿石物料转运至矿石胶带；来料变为岩石时，正反转输送胶带向相反方向一侧运转，将岩石物料运至岩石胶带。从而实现矿石、岩石两种物料分采分运；可以保证在采集时候使用一个混合胶带，保证其移动性，在收集时候采用分离装置，针对固定位置区分更加快捷。

附图说明

图1为本发明的开采系统整体结构示意图；

图2为本发明的移置胶带和物料分离装置部位放大结构示意图。

图中标号说明：

1、挖掘机；2、移动式破碎站；3、Locklink装置；4、移置胶带；5、物料分离装置；6、岩石胶带；7、矿石胶带。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

实施例1

我国大中型黑色冶金露天矿山的开拓运输方式以汽车或铁路为主。据统计，目前我国大型深凹露天矿山的成本中，运输费用占40％～60％；随着开采深度增加，运输距离加大，导致运输成本不断增加，矿山经济效益降低。

胶带输送与汽车运输相比，具有成本低，运输能力大，运输距离长，运行可靠、操作简单，易于实现自动化、经济效益显著等优点，因而得到了日益广泛的应用和发展。特别是开采深度大，运输距离长，矿岩运量大的矿山，更适合采用胶带输送工艺。推广应用胶带运输对于我国露天矿山发展具有十分重要的意义。

胶带输送与汽车运输优缺点比较详见表1。

表1

本发明隶属于露天采矿工艺技术领域，具体为：针对矿体形态一般较复杂，开采中矿石、岩石需要分采分运的黑色冶金露天矿山，如何采用自移式破碎站、输送胶带、排土机等设备设施以实现两种物料同时采用连续开采工艺进行开采的一种采矿工艺方法。目前矿山效益不断下滑，如何进一步降低开采成本成为特大型露天矿山亟待解决的问题。本发明从开采工艺着手，将低成本的连续开采工艺系统应用到黑色冶金露天矿山，降低其开采成本，提高矿山市场竞争力。

如图1、2所示，一种黑色冶金露天矿山连续开采系统，包括对矿石进行挖掘的挖掘机1，还包括移动式破碎站2，所述的移动式破碎站2包括给料仓、给料机和破碎机，给料仓设置于给料机前段。

移动式破碎站2与移置胶带4连接，物料通过移置胶带4从一端输送至另一端，移置胶带4另一端与物料分离装置5相接，并通过物料分离装置5将不同类型物料分别通过岩石胶带6和矿石胶带7输送至对应储存仓。所述的移动式破碎站2上连接有Locklink装置3，Locklink装置3为2-3段可折叠输送胶带构成，可以根据不同长度和角度，调整不同输送胶带的角度，将移动式破碎站和移置胶带连接，自由度高。通过Locklink装置3将物料送入移置胶带4。

所述的移置胶带4为可调长度输送胶带。所述的物料分离装置5为正反转胶带、分流槽或分料漏斗。所述的正反转胶带两端分别连接岩石胶带6和矿石胶带7端部，移置胶带4端部设置于正反转胶带中间部位上部。

发明解决移动式破碎站布置于采场工作面后铲装设备喂料、一个工作面布置一台移动式破碎站后实现两种物料同时采用连续开采工艺的问题，使连续开采工艺系统也能适用于矿体形态一般较复杂、开采中矿、岩需要分采分运的黑色冶金露天矿山，以实现低成本、高自动化安全开采。尤其对于剥采比较小，矿石较贫的大型黑色冶金露天矿山具有很强适应性。

本方案的黑色冶金露天矿山采用半连续开采工艺，能够达到开采成本最低的效果。采用连续开采工艺后，与半连续开采工艺相比还可节省矿岩运输成本1～2元/吨，这对于年采剥总量动辄数千万吨以上的大中型黑色冶金露天矿山具有显著经济效益，同时连续开采工艺还能达到安全可靠、自动化程度高、节能降耗、绿色环保，资源节约和环境友好等效果。

实施例2

针对矿体形态一般较复杂，开采中矿石、岩石需要分采分运的黑色冶金露天矿山，如何采用自移式破碎站、输送胶带、排土机等设备设施以实现两种物料同时采用连续开采工艺进行开采的一种采矿工艺方法。

本方案的黑色冶金露天矿山连续开采工艺，其步骤如下：

A、爆破采掘工作面；一个采掘工作面按工作线推进方向一个进尺爆破下来的矿石、岩石。黑色冶金矿山不论是山坡露天矿或深凹露天矿，采掘工作线推进方式可概括为五种：

横向推进：即采剥工作线沿矿体走向布置，向垂直矿体走向推进；

纵向推进：即采剥工作线垂直矿体轴向布置，沿矿体走向(或平行走向)方向推进；

纵—横向推进：即采矿工作线沿矿体走向推进，而玻璃工作线则沿垂直矿体走向或与其斜交的方向推进；

环形推进：即工作面从运输道路外开始向外呈环状向外多向推进；

扇形推进：即工作面从运输道路外开始向外呈扇形向外推进。

移动破碎机2应用一般生产能力都较大，其一般就近布置在采装设备附近，随采场设备推进进行移动。若为单一物料，则推进方式对生产均衡影响不大。但若同时处理矿石、岩石两种物料，需要考虑推进方式对生产均衡的影响。对于剥采比较小，矿石较贫的大型黑色冶金露天矿山，本方案采用纵向推进，这样不仅能减少损失贫化，在多台阶生产时，各生产水平可实现矿带、岩带组合交错布置，以确保矿山总体矿石、岩石生产能力均衡。

B、直接使用挖掘机1作为装载设备将爆破的矿石或岩石送入移动式破碎站2中；挖掘机1可以为单斗挖掘机，挖掘效率快，适用范围广；挖掘机1和移动式破碎站2相互配合，按顺序推进，遇到矿石爆破堆装载矿石，遇到岩石爆破对装载岩石。在初级破碎给料口前，一般要设置单独给料机，目的是将需要破碎的物料按破碎机处理速度送入破碎腔内。产量较大时，采用重型板式给料机，这种给料机给料粒度大，适合采场爆破后矿岩。固定式破碎机给料机前面一般要设置固定料仓，汽车或火车等运输设备将物料卸入固定料仓后，通过重型板式给料机再进入固定式破碎机破碎。

移动式破碎机2因设备移动频繁，无法采用固定料仓和给料机，因此采用移动式给料机，并在给料机前段设置给料仓。给料仓、给料机、破碎机集成为一体，配以履带行走装置，形成移动式破碎站。采场矿岩无需再通过汽车、火车等运输装载导入破碎机，而是直接由铲装设备在采场工作面将物料导入给料仓，从而实现铲装设备直接给破碎机喂料。

C、移动式破碎站2通过Locklink装置3将矿石或岩石送入移置胶带4上；Locklink装置3的折叠角度和长度根据移动式破碎站2和移置胶带4的距离进行调整；移置胶带4长度进行调整；

D、移置胶带4将矿石或岩石送入物料分离装置5，通过根据此阶段采集的是矿石或岩石，物料分离装置5分离物料至岩石胶带6和矿石胶带7，岩石胶带6和矿石胶带7将物料送至对应的存储仓。最终将矿石送至选矿厂、岩石送至排土场。本发明主要采用正反转输送胶带实现矿石、岩石两种物料分离运输，从而实现矿石、岩石分采分运。与采场移动破碎站3连接的胶带为单胶带矿石、岩石混合运输单胶带(根据破碎物料运输矿石或岩石)，与选厂或排土机连接的胶带为矿石、岩石单一运输胶带。混合运输单胶带与矿石、岩石单一运输胶带之间的衔接采用正反转输送胶带。当来料为矿石时，正反转输送胶带向一侧运转，将矿石物料转运至矿石胶带；来料变为岩石时，正反转输送胶带向相反方向一侧运转，将岩石物料运至岩石胶带。从而实现矿石、岩石两种物料分采分运。

实施例3

实施例3与实施例2基本相同，不同之处在于物料分离装置5分流槽，通过分流槽，通过设置分流槽挡板位置，调整输送的轨道，当输送矿石的时候将挡板设置于矿石一侧，当输送岩石的时候将挡板设置于岩石一侧，完成矿石和岩石的分流。

实施例4

实施例4与实施例2基本相同，不同之处在于物料分离装置5为分料漏斗，通过设置挡板位置，对矿石和岩石进行分流，对不同阶段的物料传送至不同的轨道上。

实施例5

本方案应用于具体的矿山开采中，A县钒钛磁铁矿有限责任公司是某有色金属控股集团有限责任公司下属矿山企业，公司所属的钒钛磁铁矿区位于某镇，距县城约75km。

A县钒钛磁铁矿有限责任公司毕机沟矿区1100万t/a采矿工程要素：

1、山坡+凹陷露天开采黑色冶金露天矿山

2、达产后矿石产量1100万t/a，岩石2200万t/a，采剥总量3300万t/a。

3、设计最低开采标高+400m，最高开采标高+925m。

4、选矿厂、排土场距离露天开采境界边缘直线距离1Km。

5、露天采场圈定矿量1900万t，岩量3700万t，平均剥采比1.94t/t。

钒钛磁铁矿分层矿岩量大，各水平工作线长，矿山可采用半连续开采工艺和连续开采工艺。全连续开采工艺运输虽建设投资比半连续多13800万元，但年经营成本低了5500万元。据此，在本次发明基础之上完成了全连续开采工艺方案设计：移动破碎机直接布置于各水平采掘工作面，矿山正常年采剥总量3300万t，设计选用美卓LT160型移动破碎机，其一般台处理能力为550万t/年，矿山正常年共需6台移动破碎机，分1～2个生产水平布置。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (2)

1.一种黑色冶金露天矿山连续开采系统，其特征在于：所述矿山的采掘工作面按工作线推进方向一个进尺爆破下来的矿石、岩石，直接使用单斗挖掘机作为装载设备，工作线采用纵向推进，即采剥工作线垂直矿体轴向布置，沿矿体走向或平行走向方向推进；所述开采系统，包括对矿石进行挖掘的挖掘机（1），还包括移动式破碎站（2），移动式破碎站（2）通过Locklink装置（3）与移置胶带（4）连接，物料通过移置胶带（4）从一端输送至另一端，移置胶带（4）另一端与物料分离装置（5）相接，并通过物料分离装置（5）将不同类型物料分别通过岩石胶带（6）和矿石胶带（7）输送至对应储存仓；

所述的移动式破碎站（2）通过Locklink装置（3）将物料送入移置胶带（4），Locklink装置（3）为2-3段可折叠输送胶带构成；所述的移动式破碎站（2）包括给料仓、给料机和破碎机，给料仓设置于给料机前段；所述的移置胶带（4）为可调长度输送胶带；所述的物料分离装置（5）为正反转胶带，当来料为矿石时，正反转胶带向一侧运转，将矿石物料转运至矿石胶带；来料变为岩石时，正反转胶带向相反方向一侧运转，将岩石物料运至岩石胶带，所述的正反转胶带两端分别连接岩石胶带（6）和矿石胶带（7）端部，移置胶带（4）端部设置于正反转胶带中间部位上部。

2.一种基于权利要求1所述的黑色冶金露天矿山连续开采系统的开采工艺，其步骤如下：

A、爆破采掘工作面；

B、使用挖掘机（1）将爆破的矿石或岩石送入移动式破碎站（2）中；

C、移动式破碎站（2）通过Locklink装置（3）将矿石或岩石送入移置胶带（4）上；Locklink装置（3）的折叠角度和长度根据移动式破碎站（2）和移置胶带（4）的距离进行调整；移置胶带（4）长度可进行调整；Locklink装置（3）为2-3段可折叠输送胶带构成；

D、移置胶带（4）将矿石或岩石送入物料分离装置（5），通过根据此阶段采集的是矿石或岩石，物料分离装置（5）分离物料至岩石胶带（6）和矿石胶带（7），岩石胶带（6）和矿石胶带（7）将物料送至对应的存储仓。

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