CN111692934A - 周边眼采用单裂面瞬时胀裂器掘进巷道的方法 - Google Patents
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Abstract
本公开是关于一种周边眼采用单裂面瞬时胀裂器掘进巷道的方法，该掘进巷道的方法包括：预设巷道掘进面的形状，掘进面包括底部区域、周边区域、位于底部区域与周边区域之间的辅助区域、位于辅助区域与底部区域之间的中间区域；在底部区域、辅助区域及中间区域均形成多个爆破孔，在周边区域形成多个炮孔；在底部区域、中间区域及辅助区域的爆破孔中设置炸药爆破装置，引发炸药爆破装置对底部区域与中间区域及辅助区域进行爆破；在周边区域的炮孔中设置单裂面瞬时胀裂器，引发单裂面瞬时胀裂器对周边区域进行爆破。本公开提供的掘进巷道的方法，安全性高，周边成型效果好，喷浆量少，围岩扰动小。
Description
技术领域
本公开涉及巷道掘进技术领域，具体而言，涉及一种周边眼采用单裂面瞬时胀裂器掘进巷道的方法。
背景技术
随着科学技术的发展，人们逐渐意识到常规爆破给生产作业带来的诸多问题，如炸药单耗量大，岩石超挖、欠挖严重等。
钻爆法是目前巷道掘进的主要方法，钻爆法采用炸药爆破的方式进行掘巷。但是，炸药爆破存在安全性较低，振动大，噪音大等缺点。传统炸药爆破定向效果差，对巷道周边围岩扰动大，不利于后期支护和围岩稳定。
为此，需要研发一种替代炸药爆破的新方法，以减少传统爆破对围岩的扰动，精确控制断面成型。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种周边眼采用单裂面瞬时胀裂器掘进巷道的方法，安全性高，周边成型效果好，喷浆量少，围岩扰动小。
根据本公开的一个方面，提供了一种周边眼采用单裂面瞬时胀裂器掘进巷道的方法，该掘进巷道的方法包括：
预设巷道掘进面的形状，所述掘进面包括底部区域、周边区域、位于所述底部区域与所述周边区域之间的辅助区域、位于所述辅助区域与所述底部区域之间的中间区域；
在所述底部区域、所述辅助区域及所述中间区域均形成多个爆破孔，在所述周边区域形成多个炮孔；
在所述底部区域、所述中间区域及所述辅助区域的所述爆破孔中设置炸药爆破装置，引发所述炸药爆破装置对所述底部区域与所述中间区域及所述辅助区域进行爆破；
在所述周边区域的所述炮孔中设置单裂面瞬时胀裂器，引发所述单裂面瞬时胀裂器对所述周边区域进行爆破；其中，所述单裂面瞬时胀裂器包括：
聚能管，呈空心筒状，所述聚能管径向相对的两侧上分别设有多个聚能孔，多个所述聚能孔沿所述聚能管的轴向延伸分布；
填料管，位于所述聚能管中；
胀裂剂，填充于所述填料管中；耦合介质，设于所述聚能管内所述填料管的两端；
第一引线、引发头与第二引线，所述第一引线与所述第二引线分别与所述引发头的正负极连接，且分别从所述聚能管的两端引出；
第三引线，贯穿所述聚能管，且位于所述填料管的外壁与所述聚能管的内壁之间，所述第三引线与所述第二引线连接。
在本公开的一种示例性实施例中，所述炸药爆破装置包括炸药、雷管、脚线及水炮泥，所述水炮泥设于所述炸药的一端，所述雷管设于所述炸药中，所述脚线通过所述水炮泥与所述雷管连接。
在本公开的一种示例性实施例中，采用炮泥将所述底部区域、所述中间区域及所述辅助区域的所述爆破孔中的所述爆破孔封堵，并使所述脚线从所述炮泥引出。
在本公开的一种示例性实施例中，所述周边区域的所述炮孔中设置有多个单裂面瞬时胀裂器，多个所述单裂面瞬时胀裂器串联。
在本公开的一种示例性实施例中，采用炮泥将所述周边区域的所述炮孔封堵，并使位于最外侧的所述单裂面瞬时胀裂器的第一引线与第二引线从所述炮泥穿出。
在本公开的一种示例性实施例中，将所述底部区域与所述中间区域的所述爆破孔中的所述炸药爆破装置引爆；
接着将所述辅助区域的所述爆破孔中的所述炸药爆破装置引爆。
在本公开的一种示例性实施例中，所述中间区域的所述爆破孔中的所述炸药的量大于所述底部区域的所述爆破孔中的所述炸药的量。
在本公开的一种示例性实施例中，所述中间区域的所述爆破孔的延伸方向与所述巷道掘进方向具有预设夹角。
在本公开的一种示例性实施例中，在所述周边区域的相邻所述炮孔中，所述单裂面瞬时胀裂器的所述聚能孔相对设置。
在本公开的一种示例性实施例中，所述周边区域的所述炮孔中的所述单裂面瞬时胀裂器串联。
本公开提供的掘进巷道的方法，通过单裂面瞬时胀裂器，可以替代部分炸药，具有安全性高，周边成型效果好，喷浆量少，围岩扰动小的优点
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开的一种实施例提供的掘进巷道方法的流程图；
图2为本公开的一种实施例提供的单裂面瞬时胀裂器的示意图；
图3为图2中A-A截面的剖视图；
图4为本公开的一种实施例提供的掘进面的示意图；
图5为本公开的一种实施例提供的炸药爆破装置的示意图；
图6-图9为本公开的炮孔中多个单裂面瞬时胀裂器串联的工序图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。
此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
本示例实施方式中首先提供了一种周边眼采用单裂面瞬时胀裂器掘进巷道的方法，如图1所示，该掘进巷道的方法包括：
步骤S100、预设巷道掘进面的形状，掘进面包括底部区域、周边区域、位于底部区域与周边区域之间的辅助区域、位于辅助区域与底部区域之间的中间区域；
步骤S200、在底部区域、辅助区域及中间区域均形成多个爆破孔，在周边区域形成多个炮孔；
步骤S300、在底部区域、中间区域及辅助区域的爆破孔中设置炸药爆破装置，引发炸药爆破装置对底部区域与中间区域及辅助区域进行爆破；
步骤S400、在周边区域的炮孔中设置单裂面瞬时胀裂器，引发单裂面瞬时胀裂器对周边区域进行爆破。如图2和图3所示，该单裂面瞬时胀裂器包括聚能管210、填料管240、胀裂剂230、耦合介质220、第一引线251、第二引线253、第三引线254、引发头252。聚能管210呈空心筒状，聚能管210径向相对的两侧上分别设有多个聚能孔2101，多个聚能孔2101沿聚能管210的轴向延伸分布；填料管240位于聚能管210 中；胀裂剂230填充于填料管240中；耦合介质220设于聚能管210内填料管240的两端；第一引线251与第二引线253分别与引发头252的正负极连接，且分别从空心筒状的聚能管两端引出；第三引线254贯穿聚能管210，且位于填料管240的外壁与聚能管210的内壁之间，第三引线254与第二引线253连接。
本公开提供的掘进巷道的方法，胀裂剂设于填料管中，对胀裂剂形成包裹成型，避免其向聚能管中填充时从聚能孔直接漏出，同时，通过填料管的设置还能起到防水防潮的作用，避免胀裂剂使用前受潮或进水；通过设于胀裂剂中的引发头释放热量引发胀裂剂，胀裂剂瞬间产生大量高温气体，该过程在0.05-0.5s之内就可以完成，从而通过聚能管两侧的聚能孔定向裂开岩石或煤体；单裂面瞬时胀裂器具有优良的安全性，且破岩声音小、破岩速度快的优点；通过单裂面瞬时胀裂器，可以替代部分炸药，具有安全性高，周边成型效果好，喷浆量少，围岩扰动小的优点。
下面，将对本示例实施方式中掘进巷道的方法的各步骤进行进一步的说明。
在步骤S100中，预设巷道掘进面的形状，掘进面包括底部区域、周边区域、位于底部区域与周边区域之间的辅助区域、位于辅助区域与底部区域之间的中间区域。
具体地，如图4所示，巷道掘进面的外轮廓形呈拱形，设有爆破孔1-10 的区域为中间区域，设有爆破孔11-14、19、24、29、34、39、47及52 的区域为底部区域，设有爆破孔15-18、20-23、25-28、30-33、35-38、40-46 及57-58的区域为辅助区域，设有炮孔48-51、53-56及79-99的区域为周边区域；周边区域与底部区域围成巷道掘进面的外轮廓，中间区域位于底部区域的中间部位上，辅助区域与底部区域包围中间区域。当然，巷道掘进面的形状可为圆形、正方形、梯形等形状，本公开对此不做限制，其中，周边区域与底部区域均形状巷道掘进面的外轮廓。
在步骤S200中，在底部区域、辅助区域及中间区域均形成多个爆破孔，在周边区域形成多个炮孔。
具体地，如图4所示，巷道掘进面的外轮廓形呈拱形，中间区域设有爆破孔1-10，底部区域设有爆破孔11-14、19、24、29、34、39、47及52，辅助区域设有爆破孔15-18、20-23、25-28、30-33、35-38、40-46及57-58，周边区域设有炮孔48-51、53-56及79-99。本公开对各区域的爆破孔与炮孔的数目不做限制。
其中，可采用钻机打出一定数量的爆破孔与炮孔，然后采用空气压缩机吹出各爆破孔内的岩渣和积水。
在步骤S300中，在底部区域、中间区域及辅助区域的爆破孔中设置炸药爆破装置，引发炸药爆破装置对底部区域与中间区域及辅助区域进行爆破。
具体地，先将底部区域与中间区域的爆破孔中的炸药爆破装置引爆，中间区域的爆破孔的延伸方向与巷道掘进方向具有预设夹角，中间区域的爆破孔的延伸方向，朝向掘进面的宽度方向上的对称，进而通过爆破掏出在掘进面自由面。其中，中间区域的爆破孔和底部区域的爆破孔的炸药用量依据岩性决定，通常中间区域的爆破孔的装药量大于底部区域的爆破孔的装药量，例如该条巷道中间区域的各爆破孔装5节炸药，底部区域的各爆破孔中装4节炸药，一节炸药重0.2kg。
接着将辅助区域的爆破孔中的炸药爆破装置引爆，辅助区域的爆破孔的炸药用量依据岩性决定，例如辅助区域的各爆破孔中装4节炸药，一节炸药重0.2kg。
如图5所示，炸药爆破装置包括炸药360、雷管350、脚线310及水炮泥340，水炮泥340设于炸药的一端，雷管350设于炸药360中，脚线210穿过水炮泥340与雷管350连接。其中，采用炮泥320将底部区域、中间区域及辅助区域的爆破孔中的爆破孔封堵，并使脚线310从炮泥320引出。
其中，炸药放入炮孔底部，在最外面的一节炸药上插入雷管和脚线，挨着炸药放入水泡泥，水泡泥起到降低有害气体浓度，减少瓦斯爆破，减少粉尘浓度，增大炸药威力的作用，水泡泥后面用炮泥进行封孔。
其中，底部区域、中间区域及辅助区域分别设置有多个爆破孔。底部区域的各爆破孔中设置的多个炸药爆破装置串联，中间区域的各爆破孔中设置的多个炸药爆破装置串联，辅助区域的各爆破孔中设置的多个炸药爆破装置串联。
在步骤S400中，在周边区域的炮孔中设置单裂面瞬时胀裂器，引发单裂面瞬时胀裂器对周边区域进行爆破。
具体地，如图4所示，周边区域包括多个炮孔，炮孔中设置单裂面瞬时胀裂器，在周边区域的相邻炮孔中，单裂面瞬时胀裂器的聚能孔相对设置，使各单裂面瞬时胀裂器的聚能孔的朝向沿着预设待裂面方向从而使单裂面瞬时胀裂器形成的裂面连接成掘进面的轮廓。
其中，周边区域的各炮孔中可设置多个单裂面瞬时胀裂器。如图6所示，将第一根单裂面瞬时胀裂器先放入炮孔中，放在炮孔底部的第一根单裂面瞬时胀裂器放入炮孔底部前，需要把第一引线或者第二引线的其中一个与第三引线一端连接在一起；如图7所示，第二根单裂面瞬时胀裂器的第一引线或者第二引线的一端与第一根的第二引线或者第一引线相连，第三引线一端与第一根的第三引线一端相连；如图8所示，第三根单裂面瞬时胀裂器至第N根单裂面瞬时胀裂器连接方式与第二根一样，以使多个单裂面瞬时胀裂器在炮孔中串联，如图9所示，单裂面瞬时胀裂器安装完后用炮泥280进行封孔。
其中，周边区域的炮孔中的单裂面瞬时胀裂器串联，等炮泥280封住炮孔后，通过一与单裂面瞬时胀裂器引线连通的电流引发装置，进行周边定向成型。接着清理抛掷出来的岩渣，完成一个掘进进尺。下一个掘进进尺，重复上述步骤即可。
下面，将对本示例实施方式中的单裂面瞬时胀裂器进行进一步的说明。
具体地，聚能管210的材料可为加有阻燃材料的PVC管，聚能管 210径向相对的两侧上分别设有多个聚能孔2101，多个聚能孔2101沿聚能管210的轴向延伸分布。聚能管210上与填料管及耦合介质220对应的位置设有聚能孔2101。其中，胀裂剂的成分包括煤粉、煤矸石粉、过氧化钙粉、高氯酸钾粉，其质量比依次为33：27：32：8；或者，胀裂剂的成分包括煤粉、煤矸石粉、过氧化钙粉与木屑粉末，其质量比依次为25：22：45：8。本公开对胀裂剂的成分不作限制，凡是能够达到同样技术效果的技术方案，均属于本申请的保护范围。
其中，聚能管210两侧上的聚能孔2101数量相同，且多个聚能孔2101沿聚能管210的径向延伸均匀分布。胀裂剂230引发后瞬间产生的大量高温气体可从聚能管210两侧均匀排出，提高单裂面瞬时胀裂器对岩石或煤体定向裂开的可靠性；此外，聚能孔2101沿聚能管210的径向延伸均匀分布，能够进一步提高对提高单裂面瞬时胀裂器对岩石或煤体定向裂开的可靠性，避免岩石或煤体的裂面偏离预设裂面。
其中，聚能管210两侧上的各聚能孔2101位置正对设置，以进一步保证聚能管210两侧收到的挤压力一致，从而进一步保证单裂面瞬时胀裂器对岩石或煤体定向裂开的可靠性。如图2所示，聚能管210上设有两排聚能孔2101，对称设置在聚能管210的两侧，聚能孔2101呈圆形，各聚能孔2101的大小和形状一致。本领域技术人员可选取其他形状的聚能孔2101，例如椭圆形、矩形等形状，本公开对聚能孔2101的大小、形状、数量不做限制。
其中，引发头252可为电热丝、电热片等通电可产生热量的电发热元件。例如，引发头252可为铜片，引线接通电流后，铜片温度会升高，进而引发胀裂剂。
其中，填料管240可为塑膜，塑膜采用聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯以及其他树脂制成的薄膜。其作用有两个：一是用来装胀裂剂 230，由于胀裂剂230颗粒较小，一般情况下呈黑色固体颗粒状，直径3mm，长度7mm，无法直接固定在聚能管210中，需要装到塑膜中，才可以固定；第二是起到防水防潮的作用，由于有些巷道或者隧道的钻孔中会有一些水。填料管240的表面张力小于胀裂剂230引发后的膨胀力，以使填料管240破裂，胀裂剂230引发后产生的大量高温气体可从聚能管210两侧排出。
固体圆柱颗粒状的胀裂剂230装进两端开口筒状的塑膜中，在装胀裂剂230前，先把引发头252及第一引线251、第二引线253放入塑膜中，第一引线251从塑膜一端引出，第二引线253从塑膜另一端引出；然后调整引发头252，可通过使用尺子测量塑膜的中间位置，使得引发头252位于塑膜中间，接着把塑膜一端用细铁丝或铝丝封口；接着开始装入胀裂剂230，胀裂剂230装完后再对另一端进行封口，装填胀裂剂230多少依据现场岩性的强度和地应力的大小决定。
其中，第一引线251、第二引线253与第三引线254的颜色不同，便于引线的辨别，避免连接错。如图3所示，单根聚能管210中的引线放置方式：选一根与塑膜内引线颜色不同(可以为绿色，白色等)的第三引线254，放在聚能管210中，第三引线254是单独的一根线，不与引发头252相连；第一引线251与第二引线253接在引发头252上，第一引线251与第二引线253和引发头252连接后是一根线。第一引线251 或第二引线253与第三引线254和电流接通后，即可引发胀裂剂230。其中，第一引线251与第二引线253可为矿用电线。
其中，聚能管210的内径为36.5mm，塑膜的直径在32-35mm之间。本领域技术人员还可设置其他直径的聚能管210及塑膜，只要塑膜的直径大于聚能管210的半径即可。
具体地，单裂面瞬时胀裂器还包括固定件260，设于聚能管210上，固定件260用于形成对填料管在聚能管210中的限位。其中，设有至少两个固定件260，分别穿过与填料管两端对应的聚能孔2101，在聚能管 210径向上形成对填料管的限位。
如图3所示，把带有塑膜的胀裂剂230放在聚能管210的正中间，固定件260为铁丝，两端用铁丝通过聚能孔2101固定，胀裂剂230通过铁丝穿过离塑膜两端最近的两个聚能孔2101进行固定。由于聚能孔2101位于聚能管210对称的两侧上，并且位于聚能管210轴向的中心面上，塑膜的直径至少大于聚能管210直径的二分之一。
其中，耦合介质220可以为空气，水，沙，土，岩棉，膏体等。
具体地，聚能管210的两端分别设有豁口，通过设置豁口，能够便于聚能管210两端产生形变，从而便于两根聚能管插接在一起。可在聚能管 210的端部设置两个位置对称的豁口，以便于多根聚能管串联时的插接。
具体地，多个单裂面瞬时胀裂器在连线时，放在钻孔底部的第一根单裂面瞬时胀裂器放入钻孔底部前，需要把第一引线或者第二引线的其中一个与第三引线一端连接在一起；第二根单裂面瞬时胀裂器的第一引线或者第二引线的一端与第一根的第二引线或者第一引线相连，第三引线一端与第一根的第三引线一端相连；第三根单裂面瞬时胀裂器至第N根单裂面瞬时胀裂器连接方式与第二根一样。单裂面瞬时胀裂器安装完后用炮泥280 进行封孔，等炮泥280封住孔后，通过一与单裂面瞬时胀裂器引线连通的电流引发装置，可实现在岩体或煤体中进行单裂面切缝试验。
应当注意，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
Claims (10)
1.一种周边眼采用单裂面瞬时胀裂器掘进巷道的方法，其特征在于，包括：
预设巷道掘进面的形状，所述掘进面包括底部区域、周边区域、位于所述底部区域与所述周边区域之间的辅助区域、位于所述辅助区域与所述底部区域之间的中间区域；
在所述底部区域、所述辅助区域及所述中间区域均形成多个爆破孔，在所述周边区域形成多个炮孔；
在所述底部区域、所述中间区域及所述辅助区域的所述爆破孔中设置炸药爆破装置，引发所述炸药爆破装置对所述底部区域与所述中间区域及所述辅助区域进行爆破；
在所述周边区域的所述炮孔中设置单裂面瞬时胀裂器，引发所述单裂面瞬时胀裂器对所述周边区域进行爆破；其中，所述单裂面瞬时胀裂器包括：
聚能管，呈空心筒状，所述聚能管径向相对的两侧上分别设有多个聚能孔，多个所述聚能孔沿所述聚能管的轴向延伸分布；
填料管，位于所述聚能管中；
胀裂剂，填充于所述填料管中；耦合介质，设于所述聚能管内所述填料管的两端；
第一引线、引发头与第二引线，所述第一引线与所述第二引线分别与所述引发头的正负极连接，且分别从所述聚能管的两端引出；
第三引线，贯穿所述聚能管，且位于所述填料管的外壁与所述聚能管的内壁之间，所述第三引线与所述第二引线连接。
2.根据权利要求1所述的掘进巷道的方法，其特征在于，所述炸药爆破装置包括炸药、雷管、脚线及水炮泥，所述水炮泥设于所述炸药的一端，所述雷管设于所述炸药中，所述脚线通过所述水炮泥与所述雷管连接。
3.根据权利要求2所述的掘进巷道的方法，其特征在于，采用炮泥将所述底部区域、所述中间区域及所述辅助区域的所述爆破孔中的所述爆破孔封堵，并使所述脚线从所述炮泥引出。
4.根据权利要求1所述的掘进巷道的方法，其特征在于，所述周边区域的所述炮孔中设置有多个单裂面瞬时胀裂器，多个所述单裂面瞬时胀裂器串联。
5.根据权利要求4所述的掘进巷道的方法，其特征在于，采用炮泥将所述周边区域的所述炮孔封堵，并使位于最外侧的所述单裂面瞬时胀裂器的第一引线与第二引线从所述炮泥穿出。
6.根据权利要求2所述的掘进巷道的方法，其特征在于，将所述底部区域与所述中间区域的所述爆破孔中的所述炸药爆破装置引爆；
接着将所述辅助区域的所述爆破孔中的所述炸药爆破装置引爆。
7.根据权利要求6所述的掘进巷道的方法，其特征在于，所述中间区域的所述爆破孔中的所述炸药的量大于所述底部区域的所述爆破孔中的所述炸药的量。
8.根据权利要求6所述的掘进巷道的方法，其特征在于，所述中间区域的所述爆破孔的延伸方向与所述巷道掘进方向具有预设夹角。
9.根据权利要求1所述的掘进巷道的方法，其特征在于，在所述周边区域的相邻所述炮孔中，所述单裂面瞬时胀裂器的所述聚能孔相对设置。
10.根据权利要求1所述的掘进巷道的方法，其特征在于，所述周边区域的所述炮孔中的所述单裂面瞬时胀裂器串联。
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- 2020-06-19 CN CN202010565775.9A patent/CN111692934A/zh active Pending
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