CN113494300A - 一种基于松散岩煤层注浆加固的超细水泥灌注方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于松散岩煤层注浆加固的超细水泥灌注方法，包括以下步骤：步骤S1：原料选择；选用注浆材料既要满足较好的流动性，又要具有快凝的特点，选择双液注浆材料；双液注浆材料包括A料和B料；A料主要为硫铝酸盐水泥，B料主要为激发剂为主，包括石膏和石灰，经过超细化处理；本发明，通过选用双液注浆材料，流动性好，渗透性强，强度高；同时，在注浆的过程中，注浆压力和注浆量通过科学设计配比，不仅能够有效降低注浆成本，而且，空隙灌注严实，扩散半径大，注浆效果显著，有效提高灌注注浆加固的效果；而且，能够对注浆管道的外壁具有良好的清洁效果，便于储放，有效延长注浆管道的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿技术领域，尤其涉及一种基于松散岩煤层注浆加固的超细水泥灌注方法。
背景技术
随着我国煤矿开采技术的不断提高，厚煤层一次采全高技术也取得了显著的发展，促进了高产高效矿井的建设。但是在煤质松软、顶板破碎、采高加大等条件下，煤壁片帮时有发生，从而导致工作面端面顶板不稳定，使无支护区宽度加大。并且还会出现支架不接顶或接顶不实、支架蹬空、陷底或倒架、歪架等现象，给工作面顶板控制和安全生产带来巨大隐患，严重影响矿井的正常生产。
目前防治工作面片帮的方法主要有两种，一是改进采煤工艺和支护参数，如采用俯斜推进方式、提高液压支架支撑力等；二是对工作面煤壁及顶板进行加固。对于厚煤层大采高工作面来说，如受地质构造影响，煤层和顶板破碎，煤层软，采用注浆加固是防治煤壁片帮的有效手段。
现有技术中的超细水泥灌注方法，灌注时选用的超细水泥，流动性较差，在灌注的过程中，固结效果不佳，凝结时间较长，凝结强度较弱，从而影响煤层注浆加固的效果；同时，灌注时，注浆压力不易确定，进而影响灌注施工的质量以及经济效益，同时，灌注时用的注浆管的外壁容易沾染污泥，清洁不便；因此，设计一种基于松散岩煤层注浆加固的超细水泥灌注方法。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种基于松散岩煤层注浆加固的超细水泥灌注方法，通过选用双液注浆材料，流动性好，渗透性强，强度高；同时，在注浆的过程中，注浆压力和注浆量通过科学设计配比，不仅能够有效降低注浆成本，而且，空隙灌注严实，扩散半径大，注浆效果显著，有效提高灌注注浆加固的效果；而且，能够对注浆管道的外壁具有良好的清洁效果，便于储放，有效延长注浆管道的使用寿命。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于松散岩煤层注浆加固的超细水泥灌注方法，包括以下步骤：
步骤S1：原料选择；选用注浆材料既要满足较好的流动性，又要具有快凝的特点，选择双液注浆材料；双液注浆材料包括A料和B料；A料主要为硫铝酸盐水泥，B料主要为激发剂为主，包括石膏和石灰，经过超细化处理，达到超细水泥的标准；将材料按规定配比倒入混液器的搅拌桶进行搅拌,依次连接好注浆泵、出浆管、孔口管、封孔器和注浆管，形成注浆系统；
步骤S2：灌注开孔；通过全液压钻机作为开孔设备；工作面煤帮距底板1000mm布置一排钻孔，角度下扎5°，间距1500mm；距底板2000mm布置一排钻孔，平孔，间距1500mm；距底板3000mm布置一排钻孔，仰角15°，间距3000mm，孔深8m，孔径Φ42mm；
步骤S3：煤壁注浆压力的选定；
注浆压力与砂层空隙发育程度、涌水压力、浆液材料的黏度和凝胶时间长短等有关，通常情况下按如下经验式计算：
1)按已知的地下水静水压力计算，设计的注浆压力为静水压力的1-2倍，最大可达到2-3倍,即
P’<P<(3-5)P’
式中：P为设计注浆压力，Mpa；P’为注浆处静水压力，Mpa；
2)根据注浆处地层深度计算
P＝KH
式中：P为设计注浆压力，Mpa；H为注浆处深度，m；K为由注浆深度确定的压力系数；
压力系数K的取值如表示：
步骤S4：选择合适的灌注注浆压力后，将注浆管与注浆孔连接，开启注浆泵进行灌注，控制每孔注浆量,注浆量的估算公式按下式进行估算：
Q＝Anα(1+β)
式中：Q为总注浆量，m3；A为注浆范围体积，m3；n为孔隙率，％；
α为浆液填充系数(0.7-0.9)；β为注浆材料损耗系数；
nα(1+β)统称为填充率，上行线3-5％，下行线16-20％；
步骤S5：在灌注注浆的过程中，灌注注浆顺序自底板向上间隔跳跃施工；对于破碎煤岩整体加固可采用深浅孔配合注浆方式；对于裂隙比较发育、跑冒浆液比较严重的部位,可采用先浅部注浆,形成止浆墙,再进行深部注浆,保证深部浆液扩散范围和注浆压力；
步骤S6：直到灌注注浆量或注浆压力达到设计停止标准后，停止注浆灌注，并对注浆系统的管道通过管道外壁清洁设备进行清洗，方便后续使用。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S1中，A料最大粒径小于20μm，中位径为4.1μm；B料最大粒径小于20μm，中位径为6.5μm。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S1中，水灰比为0.8-1.3:1。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S4中，距底板1000mm注浆孔每孔注浆量平均700kg,距底板2000mm注浆孔每孔注浆量平均700kg,距底板3000mm注浆孔每孔注浆量平均1200kg。
作为本发明进一步的方案：所述步骤S6中，管道外壁清洁设备包括清洁箱、管道槽、清洁组件、送料组件、排废管和承重底柱，所述清洁箱的顶部端面两侧均开设有若干个管道槽，所述清洁箱的两侧端面均固定安装有送料组件，且送料组件位于管道槽的外侧，所述清洁箱的端面一侧安装有清洁组件，所述清洁箱的端面另一侧底部中央插接安装有排废管，且排废管的一端设置有流量阀，所述清洁箱的底部端面四周均固定安装有承重底柱；
所述清洁组件包括横向导轨、电动滑块、第一电动推杆、固定隔板、电动旋转台、紧固架、固定支梁、清洁架、清洁轴和清洁刷，所述横向导轨通过螺钉固定安装在清洁箱的端面一侧，且横向导轨的外侧安装有电动滑块，所述电动滑块的顶部端面中央固定安装有第一电动推杆，所述第一电动推杆的顶部一端固定安装有固定隔板，且固定隔板的顶部一端固定安装有电动旋转台，所述电动旋转台的顶部一端固定安装有紧固架，且紧固架的另一端固定安装有固定支梁，所述固定支梁的底部两端均固定安装有两个清洁架，且两个清洁架之间连接安装有清洁轴，所述清洁轴之间连接安装有传动带，且传动带的外侧设置有清洁刷。
作为本发明进一步的方案：所述固定支梁的顶部一端固定安装有清洁电机，所述清洁电机的一端设置有主动轴，所述固定支梁底部一侧的清洁轴穿过清洁架连接安装有从动轴，且主动轴与从动轴通过皮带轮连接。
作为本发明进一步的方案：所述送料组件包括推料板、安装基座、第二电动推杆和送料台，所述推料板通过螺栓固定安装在清洁箱的一侧端面底部，所述推料板的顶部端面固定安装有若干个安装基座，所述安装基座的顶部中央固定安装有第二电动推杆，所述第二电动推杆的顶部一端固定安装有送料台，且送料台位于管道槽的外侧。
作为本发明进一步的方案：所述清洁箱的端面另一侧通过螺钉固定安装有卡接架，且两个卡接架之间通过螺栓固定安装有储料箱。
本发明的有益效果是：
1、本发明，通过选用双液注浆材料，流动性好，渗透性强，强度高；同时，在注浆的过程中，注浆压力和注浆量通过科学设计配比，不仅能够有效降低注浆成本，而且，空隙灌注严实，扩散半径大，注浆效果显著，有效提高灌注注浆加固的效果。
2、本发明的管道外壁清洁设备，结构简单，支撑牢固；在使用时，能够对注浆管道的外壁具有良好的清洁效果，通过多方位清洁，从而有效避免残留清洁死角，清洁效果好；同时，能够将清洁完成的管道进行收集，便于储放，有效延长注浆管道的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的管道外壁清洁设备的整体立体结构图；
图2为本发明的管道外壁清洁设备的整体侧视图；
图3为本发明的管道外壁清洁设备的整体俯视图；
图4为本发明的管道外壁清洁设备的清洁箱剖视图；
图例说明：1、清洁箱；2、管道槽；3、卡接架；4、清洁组件；5、送料组件；6、储料箱；7、排废管；8、承重底柱；41、横向导轨；42、电动滑块；43、第一电动推杆；44、固定隔板；45、电动旋转台；46、紧固架；47、固定支梁；48、清洁电机；49、清洁架；410、清洁轴；411、清洁刷；51、推料板；52、安装基座；53、第二电动推杆；54、送料台。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面给出具体实施例。
参见图1-4，一种基于松散岩煤层注浆加固的超细水泥灌注方法，包括以下步骤：
步骤S1：原料选择；选用注浆材料既要满足较好的流动性，又要具有快凝的特点，选择双液注浆材料；双液注浆材料包括A料和B料；A料主要为硫铝酸盐水泥，B料主要为激发剂为主，包括石膏和石灰，经过超细化处理，达到超细水泥的标准；将材料按规定配比倒入混液器的搅拌桶进行搅拌,依次连接好注浆泵、出浆管、孔口管、封孔器和注浆管，形成注浆系统；
A料最大粒径小于20μm，中位径为4.1μm；B料最大粒径小于20μm，中位径为6.5μm；
水灰比为0.8-1.3:1；
步骤S2：灌注开孔；通过全液压钻机作为开孔设备；工作面煤帮距底板1000mm布置一排钻孔，角度下扎5°，间距1500mm；距底板2000mm布置一排钻孔，平孔，间距1500mm；距底板3000mm布置一排钻孔，仰角15°，间距3000mm，孔深8m，孔径Φ42mm；
步骤S3：煤壁注浆压力的选定；
注浆压力与砂层空隙发育程度、涌水压力、浆液材料的黏度和凝胶时间长短等有关，通常情况下按如下经验式计算：
1)按已知的地下水静水压力计算，设计的注浆压力为静水压力的1-2倍，最大可达到2-3倍,即
P’<P<(3-5)P’
式中：P为设计注浆压力，Mpa；P’为注浆处静水压力，Mpa；
2)根据注浆处地层深度计算
P＝KH
式中：P为设计注浆压力，Mpa；H为注浆处深度，m；K为由注浆深度确定的压力系数；
压力系数K的取值如表示：
步骤S4：选择合适的灌注注浆压力后，将注浆管与注浆孔连接，开启注浆泵进行灌注，控制每孔注浆量,注浆量的估算公式按下式进行估算：
Q＝Anα(1+β)
式中：Q为总注浆量，m3；A为注浆范围体积，m3；n为孔隙率，％；
α为浆液填充系数(0.7-0.9)；β为注浆材料损耗系数；
nα(1+β)统称为填充率，上行线3-5％，下行线16-20％；
距底板1000mm注浆孔每孔注浆量平均700kg,距底板2000mm注浆孔每孔注浆量平均700kg,距底板3000mm注浆孔每孔注浆量平均1200kg；
步骤S5：在灌注注浆的过程中，灌注注浆顺序自底板向上间隔跳跃施工；对于破碎煤岩整体加固可采用深浅孔配合注浆方式；对于裂隙比较发育、跑冒浆液比较严重的部位,可采用先浅部注浆,形成止浆墙,再进行深部注浆,保证深部浆液扩散范围和注浆压力；
步骤S6：直到灌注注浆量或注浆压力达到设计停止标准后，停止注浆灌注，并对注浆系统的管道通过管道外壁清洁设备进行清洗，方便后续使用；
其中，管道外壁清洁设备包括清洁箱1、管道槽2、清洁组件4、送料组件5、排废管7和承重底柱8，清洁箱1的顶部端面两侧均开设有若干个管道槽2，清洁箱1的两侧端面均固定安装有送料组件5，且送料组件5位于管道槽2的外侧，清洁箱1的端面一侧安装有清洁组件4，清洁箱1的端面另一侧底部中央插接安装有排废管7，且排废管7的一端设置有流量阀，清洁箱1的底部端面四周均固定安装有承重底柱8；清洁箱1的端面另一侧通过螺钉固定安装有卡接架3，且两个卡接架3之间通过螺栓固定安装有储料箱6，方便将清洁后的管道进行储放收集；
清洁组件4包括横向导轨41、电动滑块42、第一电动推杆43、固定隔板44、电动旋转台45、紧固架46、固定支梁47、清洁架49、清洁轴410和清洁刷411，横向导轨41通过螺钉固定安装在清洁箱1的端面一侧，且横向导轨41的外侧安装有电动滑块42，电动滑块42的顶部端面中央固定安装有第一电动推杆43，第一电动推杆43的顶部一端固定安装有固定隔板44，且固定隔板44的顶部一端固定安装有电动旋转台45，电动旋转台45的顶部一端固定安装有紧固架46，且紧固架46的另一端固定安装有固定支梁47，固定支梁47的底部两端均固定安装有两个清洁架49，且两个清洁架49之间连接安装有清洁轴410，清洁轴410之间连接安装有传动带，且传动带的外侧设置有清洁刷411；固定支梁47的顶部一端固定安装有清洁电机48，清洁电机48的一端设置有主动轴，固定支梁47底部一侧的清洁轴410穿过清洁架49连接安装有从动轴，且主动轴与从动轴通过皮带轮连接，便于进行动力传递；
送料组件5包括推料板51、安装基座52、第二电动推杆53和送料台54，推料板51通过螺栓固定安装在清洁箱1的一侧端面底部，推料板51的顶部端面固定安装有若干个安装基座52，安装基座52的顶部中央固定安装有第二电动推杆53，第二电动推杆53的顶部一端固定安装有送料台54，且送料台54位于管道槽2的外侧；通过送料组件5能够将管道顶起，从而使得管道滚落，方便对管道的不同位置进行清洁；
使用时，通过承重底柱8能够对清洁箱1进行支撑，将需要清洗外壁的管道放置在清洁箱1端面最顶部的管道槽2的内部后，通过清洁组件4能够对管道的外壁进行清洁，当管道的一侧外壁清洁完成后，通过送料组件5将管道顶起，使得管道从一个管道槽2的内部升起后滚落到另一个管道槽2的内部，从而能够对管道外壁的另一侧进行清洁，通过将管道进行多次顶起和滚落，从而能够对管道外壁清洁；清洁完成后的管道能够落入到卡接架3一侧的储料箱6内部进行储放，清洗产生的污水会通过排废管7排出到外界；固定隔板44顶部的电动旋转台45工作，能够通过紧固架46带动固定支梁47转动，从而将固定支梁47转动到管道的顶部上方后，第一电动推杆43工作，将固定支梁47的高度进行调节，使得清洁刷411与管道外壁贴合后，固定支梁47顶部的清洁电机48工作，通过主动轴和皮带轮带动从动轴转动，进而使得清洁轴410在清洁架49之间转动，清洁架49转动时，使得传动带转动，高速转动的传动带使得清洁刷411能够对管道的外壁进行清洁，横向导轨41和电动滑块42工作，能够使得第一电动推杆43顶部的结构移动，从而能够对管道外壁不同位置进行清洁；同时，在推料板51的顶部，安装基座52端面的第二电动推杆53工作，通过送料台54能够将管道顶出管道槽2，使得管道滚落到相邻底部一侧的管道槽2内部，使得管道外壁外侧未清洁的部位暴露出来，从而方便通过清洁刷411进行清洁，通过多次将管道顶出和滚落，从而能够将管道外壁清洁完成。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于松散岩煤层注浆加固的超细水泥灌注方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：原料选择；选用注浆材料既要满足较好的流动性，又要具有快凝的特点，选择双液注浆材料；双液注浆材料包括A料和B料；A料主要为硫铝酸盐水泥，B料主要为激发剂为主，包括石膏和石灰，经过超细化处理，达到超细水泥的标准；将材料按规定配比倒入混液器的搅拌桶进行搅拌,依次连接好注浆泵、出浆管、孔口管、封孔器和注浆管，形成注浆系统；
步骤S2：灌注开孔；通过全液压钻机作为开孔设备；工作面煤帮距底板1000mm布置一排钻孔，角度下扎5°，间距1500mm；距底板2000mm布置一排钻孔，平孔，间距1500mm；距底板3000mm布置一排钻孔，仰角15°，间距3000mm，孔深8m，孔径Φ42mm；
步骤S3：煤壁注浆压力的选定；
注浆压力与砂层空隙发育程度、涌水压力、浆液材料的黏度和凝胶时间长短等有关，通常情况下按如下经验式计算：
1)按已知的地下水静水压力计算，设计的注浆压力为静水压力的1-2倍，最大可达到2-3倍,即
P’＜P＜(3-5)P’
式中：P为设计注浆压力，Mpa；P’为注浆处静水压力，Mpa；
2)根据注浆处地层深度计算
P＝KH
式中：P为设计注浆压力，Mpa；H为注浆处深度，m；K为由注浆深度确定的压力系数；
压力系数K的取值如表示：
步骤S4：选择合适的灌注注浆压力后，将注浆管与注浆孔连接，开启注浆泵进行灌注，控制每孔注浆量,注浆量的估算公式按下式进行估算：
Q＝Anα(1+β)
式中：Q为总注浆量，m3；A为注浆范围体积，m3；n为孔隙率，％；
α为浆液填充系数(0.7-0.9)；β为注浆材料损耗系数；
nα(1+β)统称为填充率，上行线3-5％，下行线16-20％；
步骤S5：在灌注注浆的过程中，灌注注浆顺序自底板向上间隔跳跃施工；对于破碎煤岩整体加固可采用深浅孔配合注浆方式；对于裂隙比较发育、跑冒浆液比较严重的部位,可采用先浅部注浆,形成止浆墙,再进行深部注浆,保证深部浆液扩散范围和注浆压力；
步骤S6：直到灌注注浆量或注浆压力达到设计停止标准后，停止注浆灌注，并对注浆系统的管道通过管道外壁清洁设备进行清洗，方便后续使用。
2.根据权利要求1所述的基于松散岩煤层注浆加固的超细水泥灌注方法，其特征在于，所述步骤S1中，A料最大粒径小于20μm，中位径为4.1μm；B料最大粒径小于20μm，中位径为6.5μm。
3.根据权利要求1所述的基于松散岩煤层注浆加固的超细水泥灌注方法，其特征在于，所述步骤S1中，水灰比为0.8-1.3:1。
4.根据权利要求1所述的基于松散岩煤层注浆加固的超细水泥灌注方法，其特征在于，所述步骤S4中，距底板1000mm注浆孔每孔注浆量平均700kg,距底板2000mm注浆孔每孔注浆量平均700kg,距底板3000mm注浆孔每孔注浆量平均1200kg。
5.根据权利要求1所述的基于松散岩煤层注浆加固的超细水泥灌注方法，其特征在于，所述步骤S6中，管道外壁清洁设备包括清洁箱(1)、管道槽(2)、清洁组件(4)、送料组件(5)、排废管(7)和承重底柱(8)，所述清洁箱(1)的顶部端面两侧均开设有若干个管道槽(2)，所述清洁箱(1)的两侧端面均固定安装有送料组件(5)，且送料组件(5)位于管道槽(2)的外侧，所述清洁箱(1)的端面一侧安装有清洁组件(4)，所述清洁箱(1)的端面另一侧底部中央插接安装有排废管(7)，且排废管(7)的一端设置有流量阀，所述清洁箱(1)的底部端面四周均固定安装有承重底柱(8)；
所述清洁组件(4)包括横向导轨(41)、电动滑块(42)、第一电动推杆(43)、固定隔板(44)、电动旋转台(45)、紧固架(46)、固定支梁(47)、清洁架(49)、清洁轴(410)和清洁刷(411)，所述横向导轨(41)通过螺钉固定安装在清洁箱(1)的端面一侧，且横向导轨(41)的外侧安装有电动滑块(42)，所述电动滑块(42)的顶部端面中央固定安装有第一电动推杆(43)，所述第一电动推杆(43)的顶部一端固定安装有固定隔板(44)，且固定隔板(44)的顶部一端固定安装有电动旋转台(45)，所述电动旋转台(45)的顶部一端固定安装有紧固架(46)，且紧固架(46)的另一端固定安装有固定支梁(47)，所述固定支梁(47)的底部两端均固定安装有两个清洁架(49)，且两个清洁架(49)之间连接安装有清洁轴(410)，所述清洁轴(410)之间连接安装有传动带，且传动带的外侧设置有清洁刷(411)。
6.根据权利要求5所述的基于松散岩煤层注浆加固的超细水泥灌注方法，其特征在于，所述固定支梁(47)的顶部一端固定安装有清洁电机(48)，所述清洁电机(48)的一端设置有主动轴，所述固定支梁(47)底部一侧的清洁轴(410)穿过清洁架(49)连接安装有从动轴，且主动轴与从动轴通过皮带轮连接。
7.根据权利要求5所述的基于松散岩煤层注浆加固的超细水泥灌注方法，其特征在于，所述送料组件(5)包括推料板(51)、安装基座(52)、第二电动推杆(53)和送料台(54)，所述推料板(51)通过螺栓固定安装在清洁箱(1)的一侧端面底部，所述推料板(51)的顶部端面固定安装有若干个安装基座(52)，所述安装基座(52)的顶部中央固定安装有第二电动推杆(53)，所述第二电动推杆(53)的顶部一端固定安装有送料台(54)，且送料台(54)位于管道槽(2)的外侧。
8.根据权利要求5所述的基于松散岩煤层注浆加固的超细水泥灌注方法，其特征在于，所述清洁箱(1)的端面另一侧通过螺钉固定安装有卡接架(3)，且两个卡接架(3)之间通过螺栓固定安装有储料箱(6)。
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|---|---|---|---|
| CN202110891117.3A CN113494300A (zh) | 2021-08-04 | 2021-08-04 | 一种基于松散岩煤层注浆加固的超细水泥灌注方法 |
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| CN202110891117.3A CN113494300A (zh) | 2021-08-04 | 2021-08-04 | 一种基于松散岩煤层注浆加固的超细水泥灌注方法 |
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| CN116514508A (zh) * | 2023-04-14 | 2023-08-01 | 长沙矿山研究院有限责任公司 | 一种超高水双液浆注浆材料及注浆工艺和设备 |
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2021
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Cited By (2)
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| CN116514508A (zh) * | 2023-04-14 | 2023-08-01 | 长沙矿山研究院有限责任公司 | 一种超高水双液浆注浆材料及注浆工艺和设备 |
| CN116514508B (zh) * | 2023-04-14 | 2024-05-28 | 长沙矿山研究院有限责任公司 | 一种超高水双液浆注浆材料及注浆工艺和设备 |
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