CN112746862A - 一种便携式煤矿井下应急救援通讯装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式煤矿井下应急救援通讯装置及其使用方法，属于煤矿井下机电领域，包括井下机构和井外机构，井下机构和井外机构均包括通过导线依次连接的信号终端器、音频解码器、音频转换器及振动发生检测器，振动发生检测器安装在压风管路上，音频转换器用于采集语言或播出语言，音频解码器用于进行语言与声波之间的处理转换，音频转换器用于进行声波与电磁波之间的转换，振动发生检测器用于进行电磁波与机械振动波之间的转换。本发明可有效实现掘进迎头被困职工与外部救援人员的通话联系，解决了由于煤矿冒顶事故导致的掘进迎头被困职工无法有效与外界救援人员取得联系而带来的一系列问题，有助于外界救援人员的高效救助。

Description

一种便携式煤矿井下应急救援通讯装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及煤矿井下机电(信息通讯)领域，具体的涉及一种在井下出现事故时，利用金属管路或轨道传输语音信号，建立被困人员与外部的联系，及时掌握被困人员状况和现场险情的便携式煤矿井下应急救援通讯装置及其使用方法。

背景技术

煤矿作为一种高危行业，在现场掘进施工过程中难免会遇到一些意外事故，一旦遇到顶板冒落事故，将导致井下施工人员被困掘进迎头，失去与外界的联系。目前在遇到这种情况时，受困职工及救护人员之间没有行之有效的技术措施取得联系，被困职工随身携带的“人员定位监测系统”由于冒顶事故信号无法有效传出导致救援人员无法精准确定被困职工的位置及掌握被困职工的各项身体健康指标。外部救援人员只能通过残存的压风管路给被困职工提供一定数量的食物和水，同时进行盲目救援，而被困职工只能原地等待救护。因此，掘进工作面职工由于顶板冒落被困工作面掘进迎头时，将严重威胁被困职工的生命安全。

针对上述煤矿冒顶事故易导致井下职工受困掘进迎头难以自救且与外界失去联系无法有效接受外援的问题，需要研制一能够有效取得掘进迎头被困职工与外界救援人员的联系，精准确定被困职工的位置及掌握被困职工的身体健康指标的煤矿井下应急救援通讯装置。

发明内容

1.要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题在于提供一种便携式煤矿井下应急救援通讯装置及其使用方法，该救援装置借助声波-电磁波-机械振动波-识别振动波还原成声音等过程，实现掘进迎头被困职工与外部救援人员的通话联系，填补了煤矿井下掘进迎头职工被困时无法采取有效装置进行直接通讯联系的技术空白，解决了由于煤矿冒顶事故导致的掘进迎头被困职工无法有效与外界救援人员取得联系而带来的一系列问题，有助于外界救援人员的高效救助。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采取如下技术方案：

一种便携式煤矿井下应急救援通讯装置，包括井下机构和井外机构，所述井下机构和井外机构均包括通过导线依次连接的信号终端器、音频解码器、音频转换器及振动发生检测器；

在井下机构内，所述信号终端器包括话筒，所述话筒用于采集井下被困职工的语言，所述音频解码器用于接收话筒所传输的语言，并整理成音频转换器可识别的声波，所述音频转换器用于将声波转变为电磁波，所述振动发生检测器内设有安装在压风管路位于井下通道内的部分上的激振器，所述激振器用于将电磁波转变为机械振动，并使振动波借助压风管路向矿井外传递；

在井外机构内，所述振动发生检测器内设有安装在压风管路位于矿井外的部分上的检振器，所述检振器用于接收压风管路所传输的振动波，并转变为电磁波，所述音频转换器用于将电磁波转变为声波，所述音频解码器用于接收音频转换器所传输的声波，并还原为语言，所述信号终端器包括听筒，所述听筒用于供矿井外救援人员听取井下被困职工的语言。

作为对上述方案的改进，所述井下机构和井外机构的信号终端器均包括话筒和听筒，所述井下机构的听筒用于供井下被困职工听取矿井外救援人员的语言，所述井外机构的话筒用于采集矿井外救援人员的语言，所述井下机构和井外机构的振动发生检测器均包括激振器和检振器，所述井下机构和井外机构的音频解码器和音频转换器均具有两种工作模式。由于检振器在接收由压风管路另一端传递来的振动波的同时，可能也会接收到自身所在端的激振器产生的振动波，而后者的强度明显高于前者，故而需要设定检振器向音频转换器传递的振动波的强度为前者振动波，这样才能实现准确的振动波的传递和处理；则该方案在实现将煤矿井下被困职工的话语传达给外部救援人员的基础上，也能实现将外部救援人员的话语传达给煤矿井下被困职工，从而能够实现井下被困职工与外部救援人员之间的交流，从而能够更好的实施救援。

进一步地，所述振动发生检测器通过套管环体安装在压风管路一侧，所述套管环体套装在压风管路上，所述套管环体的底部连接有主箱体，所述主箱体内设有上容腔和下容腔，所述音频解码器和音频转换器安装在下容腔内，所述信号终端器设于上容腔内，所述信号终端器通过由上容腔延伸至下容腔内的导线与音频解码器连接，且信号终端器的一端连接有与相应导线连接的螺旋导线，所述音频转换器连接振动发生检测器的导线穿过主箱体的一侧。通过套管环体和主箱体可实现对井下机构和井外机构的组合安装，预先连接到各元件之间的导线，应急救援时仅需给相应的通电控制线路通电即可，使用较为方便。

更进一步地，所述套管环体包括两个能够拼接成一个圆环的半环体，所述半环体的两端均设有连接边，两个半环体相应侧的连接边之间共同穿设有螺栓，所述螺栓的两端均螺纹套装有锁紧螺母，所述振动发生检测器固定在其中一个半环体上，且所述激振器和/或检振器的底部设有穿过振动发生检测器的底部壳体及相应的半环体并与压风管路接触的接触杆。通过螺栓和锁紧螺母可较为便捷的实现套管环体套装在压风管路上，即便于实现对振动发生检测器的安装；接触杆的设置便于实现振动发生检测器将机械振动传递给压风管路，也便于实现振动发生检测器接收压风管路所传递的振动波。

更进一步地，所述套管环体的底部连接有连接钩，所述主箱体的顶部固定有与连接钩相适配的连接扣，且所述连接钩上穿设有钻过连接扣上部的固定螺钉。主箱体通过连接扣挂在连接钩上，并通过固定螺钉的旋紧，可实现主箱体与套管环体的稳定连接。

更进一步地，所述主箱体的正面上铰接有箱门，所述箱门的正面上设有把手，所述信号终端器的前侧设有前挡板，且信号终端器的后侧设有后挡板，所述后挡板的底部与前挡板的底部之间连接有连接板，所述前挡板与箱门之间连接有牵拉绳。在箱门拉开的同时，通过牵拉绳可拉动前挡板向外伸出，前挡板通过连接板拉动后挡板随之移动，可推动信号终端器向外移动，以便于拿取信号终端器；在将信号终端器放回前挡板和后挡板之后，将箱门关上，可推动前挡板、后挡板及连接板缩回上容腔内。

更进一步地，所述后挡板上对应话筒和/或听筒的位置处设有柔性垫层。柔性垫层可对话筒和听筒进行防护。

更进一步地，所述上容腔底部对应的主箱体部分上固定有静触头，所述后挡板的正面上固定有与静触头相适配的动触头，且所述动触头与静触头对齐，所述动触头与静触头构成串联在井下机构或井外机构通电控制线路上的开关。在前挡板通过连接板拉动后挡板向外伸出的同时，可带动动触头向前移动至与静触头抵触，此时，井下机构或井外机构通电，即实现在拿取信号终端器的同时接通线路，启动相应机构；在关上箱门时，可推动后挡板后移，带动动触头与静触头分离，则控制线路断电，相应结构停止工作，操作较为方便。

本发明还提供了一种便携式煤矿井下应急救援通讯装置的使用方法，包括如下步骤：

S1、当煤矿发生冒顶事故，掘进迎头职工被困时，煤矿井下被困职工找到井下机构，将箱门打开，取出信号终端器，并使得相应动触头与静触头抵触在一起，实现井下机构通电控制线路的通电；

S2、外部救援人员及时将井外机构的箱门打开，取出信号终端器，并使得相应动触头与静触头抵触在一起，实现井外机构通电控制线路的通电；

S3、煤矿井下被困职工说出的话语通过井下机构转变为机械振动，并通过压风管路传递给井外机构，井外机构还原出煤矿井下被困职工的话语并提供给外部救援人员；外部救援人员说出的话语通过井外机构转变为机械振动，并通过压风管路传递给井下机构，井下机构还原出外部救援人员的话语并提供给煤矿井下被困职工，如此往复实现被困职工与救援人员之间的信息互动。

3.有益效果

(1)本发明包括井下机构和井外机构，井下机构和井外机构均包括通过导线依次连接的信号终端器、音频解码器、音频转换器及振动发生检测器，振动发生检测器安装在压风管路上，首先井下机构和井外机构可将话语声音转变为机械振动，且振动波可通过压风管路传递给对方，借助声波-电磁波-机械振动波-识别振动波还原成声音等过程，有效实现了外部救援人员与掘进迎头被困职工之间的信息互动，可使外部救援人员及时掌握被困职工的身体健康指标及所处的精准位置，为外部救援人员的有效救助提供了信息保障，提高了外部营救效率，则本发明解决了由于煤矿冒顶事故导致的掘进迎头被困职工无法有效与外界救援人员取得联系而带来的一系列问题，如外界救援人员无法精准确定受困职工的位置、及时掌握受困职工各项身体健康指标；受困职工只能依靠外部救援人员通过压风管路提供的水及食物等待外界救援，无法将自己目前的处境及时告知救援人员等。

(2)本发明作为一种煤矿井下救援通讯装置，填补了煤矿井下掘进迎头职工被困时无法采取有效装置进行直接通讯联系的技术空白，使煤矿井下被困职工与外部救援人员能取得有效的联系，有助于被困职工保持积极乐观的态度，有效配合外部救援人员进行有效科学的救助。

综上，本发明填补了煤矿井下掘进迎头职工被困时无法采取有效装置进行直接通讯联系的技术空白，可有效实现掘进迎头被困职工与外部救援人员的通话联系，解决了由于煤矿冒顶事故导致的掘进迎头被困职工无法有效与外界救援人员取得联系而带来的一系列问题，有助于外界救援人员的高效救助。

附图说明

图1为本发明的结构组成示意图；

图2为本发明在实施例2中的结构示意主视图；

图3为主箱体1在箱门9敞开后的结构示意图；

图4为振动发生检测器5在实施例2中的结构示意图；

图5为主箱体1在实施例3中的俯视图，且图中未示出主箱体1的顶面板，图中的箱门9处于敞开状态。

附图标记：1、主箱体；2、连接扣；3、连接钩；4、导线；5、振动发生检测器；6、套管环体；7、压风管路；8、固定螺钉；9、箱门；10、把手；11、听筒；12、上容腔；13、话筒；14、螺旋导线；15、下容腔；16、音频解码器；17、音频转换器；18、柔性垫层；19、连接板；20、动触头；21、静触头；22、后挡板；23、前挡板；24、信号终端器；25、牵拉绳；26、激振器；27、检振器；28、接触杆；29、锁紧螺母；30、螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例

如图1所示的一种便携式煤矿井下应急救援通讯装置，包括井下机构和井外机构，所述井下机构和井外机构均包括通过导线4依次连接的信号终端器24、音频解码器16、音频转换器17及振动发生检测器5；

在井下机构内，所述信号终端器24包括话筒13，所述话筒13用于采集井下被困职工的语言，所述音频解码器16用于接收话筒13所传输的语言，并整理成音频转换器17可识别的声波，所述音频转换器17用于将声波转变为电磁波，所述振动发生检测器5内设有安装在压风管路7位于井下通道内的部分上的激振器26，所述激振器26用于将电磁波转变为机械振动，并使振动波借助压风管路7向矿井外传递；

在井外机构内，所述振动发生检测器5内设有安装在压风管路7位于矿井外的部分上的检振器27，所述检振器27用于接收压风管路7所传输的振动波，并转变为电磁波，所述音频转换器17用于将电磁波转变为声波，所述音频解码器16用于接收音频转换器17所传输的声波，并还原为语言，所述信号终端器24包括听筒11，所述听筒11用于供矿井外救援人员听取井下被困职工的语言。

上述便携式煤矿井下应急救援通讯装置的使用方法，包括如下步骤：

S1、当煤矿发生冒顶事故，掘进迎头职工被困时，煤矿井下被困职工找到井下机构，向信号终端器24的话筒13说出求救话语，话筒13采集井下被困职工的语言，并传递给相应的音频解码器16，音频解码器16接收话筒13所传输的语言，并整理成音频转换器17可识别的声波传输给音频转换器17，音频转换器17接收音频解码器16所传输的声波，并将声波转变为电磁波传递给振动发生检测器5的激振器26，激振器26接收音频转换器17所传输的电磁波，并产生机械振动，将振动波传递给压风管路7，压风管路7将振动波向井外传递；

S2、外部救援人员及时拿取井外机构的信号终端器24，相应振动发生检测器5的检振器27接收压风管路7所传输的振动波，并转变为电磁波传递给相应的音频转换器17，音频转换器17接收检振器27所传输的电磁波，并将电磁波转变为声波传递给相应音频解码器16，音频解码器16接收音频转换器17所传输的声波，并还原成语言，最终通过相应信号终端器24上的听筒11向外部救援人员传递井下被困职工的求救话语。

S3、被困职工与外部救援人员通过救援通讯装置形成信息互动，提高了外部救援的效率，如被困职工可对着信号终端器24中的话筒13将自己身体状况、所处的位置告知外部救援人员，外部救援人员借助信号终端器中的听筒11可听到由疆外机构的音频解码器16反演出的被困职工的声音；外部救援人员也可通过信号终端器24中的话筒13并借助井下机构的音频解码器16将自己的救援思路与掘进迎头被困职工进行交流等。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：

在本实施例中，如图1所示，所述井下机构和井外机构的信号终端器24均包括话筒13和听筒11，所述井下机构的听筒11用于供井下被困职工听取矿井外救援人员的语言，所述井外机构的话筒13用于采集矿井外救援人员的语言，所述井下机构和井外机构的振动发生检测器5均包括激振器26和检振器27，所述井下机构和井外机构的音频解码器16和音频转换器17均具有两种工作模式。由于检振器27在接收由压风管路7另一端传递来的振动波的同时，可能也会接收到自身所在端的激振器26产生的振动波，而后者的强度明显高于前者，故而需要设定检振器27向音频转换器17传递的振动波的强度为前者振动波，这样才能实现准确的振动波的传递和处理；则该方案在实现将煤矿井下被困职工的话语传达给外部救援人员的基础上，也能实现将外部救援人员的话语传达给煤矿井下被困职工，从而能够实现井下被困职工与外部救援人员之间的交流，从而能够更好的实施救援。

在本实施例中，如图2所示，所述振动发生检测器5通过套管环体6安装在压风管路7一侧，所述套管环体6套装在压风管路7上，所述套管环体6的底部连接有主箱体1，如图3所示，所述主箱体1内设有上容腔12和下容腔15，所述音频解码器16和音频转换器17安装在下容腔15内，所述信号终端器24设于上容腔12内，所述信号终端器24通过由上容腔12延伸至下容腔15内的导线4与音频解码器16连接，且信号终端器24的一端连接有与相应导线4连接的螺旋导线14，所述音频转换器17连接振动发生检测器5的导线4穿过主箱体1的一侧。通过套管环体6和主箱体1可实现对井下机构和井外机构的组合安装，预先连接到各元件之间的导线4，应急救援时仅需给相应的通电控制线路通电即可，使用较为方便。

在本实施例中，如图4所示，所述套管环体6包括两个能够拼接成一个圆环的半环体，所述半环体的两端均设有连接边，两个半环体相应侧的连接边之间共同穿设有螺栓30，所述螺栓30的两端均螺纹套装有锁紧螺母29，所述振动发生检测器5固定在其中一个半环体上，且所述激振器26和/或检振器27的底部设有穿过振动发生检测器5的底部壳体及相应的半环体并与压风管路7接触的接触杆28。通过螺栓30和锁紧螺母29可较为便捷的实现套管环体6套装在压风管路7上，即便于实现对振动发生检测器5的安装；接触杆28的设置便于实现振动发生检测器5将机械振动传递给压风管路7，也便于实现振动发生检测器5接收压风管路7所传递的振动波。

在本实施例中，如图2所示，所述套管环体6的底部连接有连接钩3，所述主箱体1的顶部固定有与连接钩3相适配的连接扣2，且所述连接钩3上穿设有钻过连接扣2上部的固定螺钉8。主箱体1通过连接扣2挂在连接钩3上，并通过固定螺钉8的旋紧，可实现主箱体1与套管环体6的稳定连接。

更进一步地，如图2及图3所示，所述主箱体1的正面上铰接有箱门9，所述箱门9的正面上设有把手10。

其它同实施例1。

实施例3

本实施例与实施例2的不同之处在于：

在本实施例中，如图5所示，所述信号终端器24的前侧设有前挡板23，且信号终端器24的后侧设有后挡板22，所述后挡板22的底部与前挡板23的底部之间连接有连接板19，所述前挡板23与箱门9之间连接有牵拉绳25。在箱门9拉开的同时，通过牵拉绳25可拉动前挡板23向外伸出，前挡板23通过连接板19拉动后挡板22随之移动，可推动信号终端器24向外移动，以便于拿取信号终端器24；在将信号终端器24放回前挡板23和后挡板22之后，将箱门9关上，可推动前挡板23、后挡板22及连接板19缩回上容腔12内。

在本实施例中，如图5所示，所述后挡板22上对应话筒13和/或听筒11的位置处设有柔性垫层18。柔性垫层18可对话筒13和听筒11进行防护。

在本实施例中，如图5所示，所述上容腔12底部对应的主箱体1部分上固定有静触头21，所述后挡板22的正面上固定有与静触头21相适配的动触头20，且所述动触头20与静触头21对齐，所述动触头20与静触头21构成串联在井下机构或井外机构通电控制线路上的开关。在前挡板23通过连接板19拉动后挡板22向外伸出的同时，可带动动触头20向前移动至与静触头21抵触，此时，井下机构或井外机构通电，即实现在拿取信号终端器24的同时接通线路，启动相应机构；在关上箱门9时，可推动后挡板22后移，带动动触头20与静触头21分离，则控制线路断电，相应结构停止工作，操作较为方便。

其它同实施例2。

由上述内容可知，本发明利用金属管路或轨道传输语音信号，有效建立被困人员与外部的联系，解决了由于煤矿冒顶事故导致的掘进迎头被困职工无法有效与外界救援人员取得联系而带来的一系列问题。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种便携式煤矿井下应急救援通讯装置，其特征在于，包括井下机构和井外机构，所述井下机构和井外机构均包括通过导线(4)依次连接的信号终端器(24)、音频解码器(16)、音频转换器(17)及振动发生检测器(5)；

在井下机构内，所述信号终端器(24)包括话筒(13)，所述话筒(13)用于采集井下被困职工的语言，所述音频解码器(16)用于接收话筒(13)所传输的语言，并整理成音频转换器(17)可识别的声波，所述音频转换器(17)用于将声波转变为电磁波，所述振动发生检测器(5)内设有安装在压风管路(7)位于井下通道内的部分上的激振器(26)，所述激振器(26)用于将电磁波转变为机械振动，并使振动波借助压风管路(7)向矿井外传递；

在井外机构内，所述振动发生检测器(5)内设有安装在压风管路(7)位于矿井外的部分上的检振器(27)，所述检振器(27)用于接收压风管路(7)所传输的振动波，并转变为电磁波，所述音频转换器(17)用于将电磁波转变为声波，所述音频解码器(16)用于接收音频转换器(17)所传输的声波，并还原为语言，所述信号终端器(24)包括听筒(11)，所述听筒(11)用于供矿井外救援人员听取井下被困职工的语言。

2.根据权利要求1所述的一种便携式煤矿井下应急救援通讯装置，其特征在于，所述井下机构和井外机构的信号终端器(24)均包括话筒(13)和听筒(11)，所述井下机构的听筒(11)用于供井下被困职工听取矿井外救援人员的语言，所述井外机构的话筒(13)用于采集矿井外救援人员的语言，所述井下机构和井外机构的振动发生检测器(5)均包括激振器(26)和检振器(27)，所述井下机构和井外机构的音频解码器(16)和音频转换器(17)均具有两种工作模式。

3.根据权利要求1或2所述的一种便携式煤矿井下应急救援通讯装置，其特征在于，所述振动发生检测器(5)通过套管环体(6)安装在压风管路(7)一侧，所述套管环体(6)套装在压风管路(7)上，所述套管环体(6)的底部连接有主箱体(1)，所述主箱体(1)内设有上容腔(12)和下容腔(15)，所述音频解码器(16)和音频转换器(17)安装在下容腔(15)内，所述信号终端器(24)设于上容腔(12)内，所述信号终端器(24)通过由上容腔(12)延伸至下容腔(15)内的导线(4)与音频解码器(16)连接，且信号终端器(24)的一端连接有与相应导线(4)连接的螺旋导线(14)，所述音频转换器(17)连接振动发生检测器(5)的导线(4)穿过主箱体(1)的一侧。

4.根据权利要求3所述的一种便携式煤矿井下应急救援通讯装置，其特征在于，所述套管环体(6)包括两个能够拼接成一个圆环的半环体，所述半环体的两端均设有连接边，两个半环体相应侧的连接边之间共同穿设有螺栓(30)，所述螺栓(30)的两端均螺纹套装有锁紧螺母(29)，所述振动发生检测器(5)固定在其中一个半环体上，且所述激振器(26)和/或检振器(27)的底部设有穿过振动发生检测器(5)的底部壳体及相应的半环体并与压风管路(7)接触的接触杆(28)。

5.根据权利要求3所述的一种便携式煤矿井下应急救援通讯装置，其特征在于，所述套管环体(6)的底部连接有连接钩(3)，所述主箱体(1)的顶部固定有与连接钩(3)相适配的连接扣(2)，且所述连接钩(3)上穿设有钻过连接扣(2)上部的固定螺钉(8)。

6.根据权利要求3所述的一种便携式煤矿井下应急救援通讯装置，其特征在于，所述主箱体(1)的正面上铰接有箱门(9)，所述箱门(9)的正面上设有把手(10)，所述信号终端器(24)的前侧设有前挡板(23)，且信号终端器(24)的后侧设有后挡板(22)，所述后挡板(22)的底部与前挡板(23)的底部之间连接有连接板(19)，所述前挡板(23)与箱门(9)之间连接有牵拉绳(25)。

7.根据权利要求6所述的一种便携式煤矿井下应急救援通讯装置，其特征在于，所述后挡板(22)上对应话筒(13)和/或听筒(11)的位置处设有柔性垫层(18)。

8.根据权利要求6所述的一种便携式煤矿井下应急救援通讯装置，其特征在于，所述上容腔(12)底部对应的主箱体(1)部分上固定有静触头(21)，所述后挡板(22)的正面上固定有与静触头(21)相适配的动触头(20)，且所述动触头(20)与静触头(21)对齐，所述动触头(20)与静触头(21)构成串联在井下机构或井外机构通电控制线路上的开关。

9.一种便携式煤矿井下应急救援通讯装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、当煤矿发生冒顶事故，掘进迎头职工被困时，煤矿井下被困职工找到井下机构，将箱门(9)打开，取出信号终端器(24)，并使得相应动触头(20)与静触头(21)抵触在一起，实现井下机构通电控制线路的通电；

S2、外部救援人员及时将井外机构的箱门(9)打开，取出信号终端器(24)，并使得相应动触头(20)与静触头(21)抵触在一起，实现井外机构通电控制线路的通电；

S3、煤矿井下被困职工说出的话语通过井下机构转变为机械振动，并通过压风管路(7)传递给井外机构，井外机构还原出煤矿井下被困职工的话语并提供给外部救援人员；外部救援人员说出的话语通过井外机构转变为机械振动，并通过压风管路(7)传递给井下机构，井下机构还原出外部救援人员的话语并提供给煤矿井下被困职工，如此往复实现被困职工与救援人员之间的信息互动。

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