CN114351677A - 一种沉管充填式采煤塌陷地治理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沉管充填式采煤塌陷地治理装置及方法，属于采煤塌陷地治理装置技术领域。一种沉管充填式采煤塌陷地治理装置，包括等间距铺设的沉管件，首尾相邻的所述沉管件之间通过连接套管连接；本发明通过使用沉管件充填，能够在地下形成一个贯通的容水空间，在雨天时能够收集雨水，当旱季时可以通过水泵，从一端在沉管件中的抽水管抽水进行灌溉，便于农业生产；同时采用激发性速凝膨胀废渣胶固料进行充填，充填材料能够就地取材，自给自足，无需大量填充土壤，节约当地土壤资源，同时填充材料环保，避免对塌陷地造成二次污染，进而治理恢复耕田，符合生态环保要求。
Description
技术领域
本发明涉及采煤塌陷地治理装置技术领域，尤其涉及一种沉管充填式采煤塌陷地治理装置及方法。
背景技术
随着我国煤炭资源开采的不断加强，势必会出现大量的采空区，这也是现阶段煤炭资源开采过程中需要人们重点解决的一项问题；在煤炭资源开采过程中采用充填开采方式，对煤炭进行置换，可以减少开采对环境造成的破坏，可见充填开采是一项绿色开采技术，为了使该项开采技术能够得到广泛应用与推广，应做好相应的分析；
现有技术中，专利申请号为202110365694.9，申请日为2021.04.06，名称为一种沉管充填式采煤塌陷地治理方法的发明专利，公开了对塌陷地积水区进行划方分割为分区，在分区之间的搭建挡水墙，将首先治理的分区里面的水排到其它分区内，对塌陷地开挖土方形成地槽，在地槽内铺设沉管，每列沉管两端管口封堵管堵头，在管堵头的底部设有水口，在水口上连有连管，所有连管通过管件和水管连通在一起并连接到集水装置上，在沉管的上部覆土填埋，先覆生土并压实，生土上方覆盖预留的耕土层，进行土壤重构，再将待施工分区的水抽回到集水装置并进入到沉管内，进行下一分区的治理工作，直至整个塌陷地治理完成；本发明可以将采煤塌陷地积水区恢复成耕地，并且恢复耕地时可减少所需客土的使用，从而解决了客土不足的问题，解决了充填材料二次污染，同时可以解决地下水储存和有益利用的问题；
上述申请专利中虽然能够达到恢复耕地，但沉管上方均采用了覆土填埋，导致所需土量增加，无法有效利用采煤所产生的废弃矿石进行充填，导致成本大大增加。
发明内容
本发明的目的是为了解决虽然能够达到恢复耕地，但沉管上方均采用了覆土填埋，导致所需土量增加，无法有效利用采煤所产生的废弃矿石进行充填，导致成本大大增加的问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种沉管充填式采煤塌陷地治理装置，包括等间距铺设的沉管件，首尾相邻的所述沉管件之间通过连接套管连接，还包括：开设在所述连接套管上的进水口，所述进水口上固定连接有过滤网；固定连接在所述沉管件上的抽水管，所述抽水管用于使等间距铺设的沉管件相互连通，所述抽水管上固定连接有第三延伸管；固定连接在所述沉管件上的排气管，所述排气管用于使等间距铺设的沉管件相互连通，所述排气管上固定连接有第二延伸管；设置在所述沉管件中的抽淤管，所述沉管件上固定连接有连接管，所述抽淤管的一端与连接管连通，所述连接管上固定连接有第一延伸管。
为了便于提高雨水从两个沉管件之间的间距进入到沉管件中的效果，优选地，所述连接套管固定连接在沉管件上，且首尾相邻的沉管件之间留有间距。
为了防止连接后的沉管件滚动，同时便于进水口朝上，进一步的，所述连接套管上固定连接有底座。
为了便于将抽淤管固定在沉管件中，进一步的，所述沉管件中固定连接有支撑架，所述抽淤管固定连接在支撑架上，所述抽淤管上圆周且等间距开设有抽淤口。
便于安装盒的安装和拆卸，所述第二延伸管的一端螺纹连接有安装盒，所述安装盒中固定连接有阻拦网。
优选地，还包括收集池，所述收集池上固定连接有水泵，所述第三延伸管固定连接在水泵的抽水端。
优选地，还包括抽淤池，所述抽淤池上固定连接有抽淤泵，所述第一延伸管的一端固定连接在抽淤泵的抽淤端。
一种沉管充填式采煤塌陷地治理方法，主要包括以下步骤：
S1、对塌陷地积水区调查是否稳沉，确认稳沉的，调查周边未受影响的耕地平均海拔高度、沉陷最深积水处地面海拔高度、积水深度的数据，计算沉管件直径，沉管件直径＝区域治理后的预设海拔高度-积水区最深处地面海拔高度-1.5m,按计算直径定制材质为钢筋混凝土的沉管件，单个沉管件长度3m-4m为宜，预制沉管件选用C25一级配水泥混凝土材质，并配有HRB400钢筋；
S2、将积水区中的水进行抽排，采用机械对塌陷地按最深处向下开挖2m的标高，沿直线开挖土方，一次开挖宽度为沉管件直径整数倍；随后在塌陷处中填充激发性速凝膨胀废渣胶固料，并在激发性速凝膨胀废渣胶固料上留出铺设沉管件所用的地槽，且地槽之间留有间隙距离；
S3、在地槽内等间距铺设沉管件，每列沉管件中的第一个沉管件的管口距离地槽端面留有1m-2m的施工场地，左右相邻沉管件之间沿径向上间隔0.5m±0.1m，并塞入垫块以保持间距，同时向前铺设，前后之间的沉管件管口对接处采用连接套管进行连接，并将连接套管的底座放置在地槽中，将连接套管与沉管件之间采用焊接进行连接，每列沉管件中最后一个沉管件的管口距离地槽端面留有1m-2m的施工场地，每列沉管件的两端管口采用封堵件进行密封；
S4、随后在沉管件四周及地槽中再次充填激发性速凝膨胀废渣胶固料，并在其上及沉管件上铺设渗水层，并在渗水层上依次覆上生土层、耕土层，耕土层高度高于周边耕地平均海拔高度1.5m。
与现有技术相比，本发明提供了一种沉管充填式采煤塌陷地治理装置及方法，具备以下有益效果：
1、该沉管充填式采煤塌陷地治理装置，通过使用沉管件充填，能够在地下形成一个贯通的容水空间，在雨天时能够收集雨水，当旱季时可以通过水泵，从一端在沉管件中的抽水管抽水进行灌溉，便于农业生产。
2、该沉管充填式采煤塌陷地治理装置，通过采用激发性速凝膨胀废渣胶固料进行充填，充填材料能够就地取材，自给自足，无需大量填充土壤，节约当地土壤资源，进而节约成本，同时填充材料环保，避免对塌陷地造成二次污染，进而治理恢复耕田，符合生态环保要求；且激发性速凝膨胀废渣胶固料可以控制在-分钟内凝固、硬化，能够进一步提高对塌陷地充填的速度，进一步的节省施工时间，节约充填成本。
3、该沉管充填式采煤塌陷地治理装置，通过将沉管件先铺设在激发性速凝膨胀废渣胶固料上，然后再向沉管件上再充填激发性速凝膨胀废渣胶固料，激发性速凝膨胀废渣胶固料能够对沉管件提供支撑效果，避免耕土层在进行农业生产时，对沉管件产生下压力，导致沉管件破裂的问题，进一步的提高了沉管件的使用寿命，进而节约生产成本。
4、该沉管充填式采煤塌陷地治理装置，通过充填激发性速凝膨胀废渣胶固料，激发性速凝膨胀废渣胶固料中的钢渣组分发生水化时，会使得材料产生微膨胀效应，使材料自身更加密实，且对塌陷地周边围岩填充也更密实，提高塌陷地充填的效果。
该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现，本发明通过使用沉管件充填，能够在地下形成一个贯通的容水空间，在雨天时能够收集雨水，当旱季时可以通过水泵，从一端在沉管件中的抽水管抽水进行灌溉，便于农业生产；同时采用激发性速凝膨胀废渣胶固料进行充填，充填材料能够就地取材，自给自足，无需大量填充土壤，节约当地土壤资源，同时填充材料环保，避免对塌陷地造成二次污染，进而治理恢复耕田，符合生态环保要求，同时激发性速凝膨胀废渣胶固料能够对沉管件提供支撑效果，避免耕土层在进行农业生产时，对沉管件产生下压力，导致沉管件破裂的问题，进一步的提高了沉管件的使用寿命。
附图说明
图1为本发明提出的一种沉管充填式采煤塌陷地治理装置的主视剖视图；
图2为本发明提出的一种沉管充填式采煤塌陷地治理装置的结构示意图；
图3为本发明提出的一种沉管充填式采煤塌陷地治理装置图1中A的结构示意图；
图4为本发明提出的一种沉管充填式采煤塌陷地治理装置图2中B的结构示意图；
图5为本发明提出的一种沉管充填式采煤塌陷地治理装置排气管、抽水管、连接管的结构示意图；
图6为本发明提出的一种沉管充填式采煤塌陷地治理装置连接套管的结构示意图一；
图7为本发明提出的一种沉管充填式采煤塌陷地治理装置连接套管的结构示意图二。
图中：11、激发性速凝膨胀废渣胶固料；12、渗水层；13、生土层；14、耕土层；2、沉管件；21、支撑架；22、抽淤管；23、抽淤口；24、连接管；25、第一延伸管；26、抽淤池；27、抽淤泵；3、排气管；31、第二延伸管；32、安装盒；33、阻拦网；4、抽水管；41、第三延伸管；42、收集池；43、水泵；5、连接套管；51、过滤网；52、底座；53、进水口。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
参照图1-7，一种沉管充填式采煤塌陷地治理装置，包括等间距铺设的沉管件2，首尾相邻的沉管件2之间通过连接套管5连接，还包括：开设在连接套管5上的进水口53，进水口53上固定连接有过滤网51；固定连接在沉管件2上的抽水管4，抽水管4用于使等间距铺设的沉管件2相互连通，抽水管4上固定连接有第三延伸管41；固定连接在沉管件2上的排气管3，排气管3用于使等间距铺设的沉管件2相互连通，排气管3上固定连接有第二延伸管31；设置在沉管件2中的抽淤管22，沉管件2上固定连接有连接管24，抽淤管22的一端与连接管24连通，连接管24上固定连接有第一延伸管25；连接套管5固定连接在沉管件2上，且首尾相邻的沉管件2之间留有间距；沉管件2中固定连接有支撑架21，抽淤管22固定连接在支撑架21上，抽淤管22上圆周且等间距开设有抽淤口23；还包括收集池42，收集池42上固定连接有水泵43，第三延伸管41固定连接在水泵43的抽水端；还包括抽淤池26，抽淤池26上固定连接有抽淤泵27，第一延伸管25的一端固定连接在抽淤泵27的抽淤端；
通过在塌陷地中先充填激发性速凝膨胀废渣胶固料11，激发性速凝膨胀废渣胶固料11为粉煤灰矸石胶固料，包括以下成分:基料为水泥熟料或水泥；钙源化合物为生石灰和/或钙镁粉；石膏；矿渣细粉；激发材料为氯盐和/或硫酸盐；
由于Ca(OH)2是生成水化硅酸盐和水化铝酸盐的关键材料，以氯盐和/或硫酸盐为激发材料，促进了基料、生石灰或钙镁粉生成的Ca(OH)2的溶解，提高了溶液的碱度，打开粉煤灰中Si044-的共价键，促使该硅氧四面体解聚，加速了粉煤灰和矸石粉的活性激发，解决了粗粉煤灰与矸石粉混合充填的早凝、早强问题，提高了后期固化强度；
同时，激发性速凝膨胀废渣胶固料11中含有钢渣，钢渣中含有f-CaO、f-MgO，而CaO、MgO和水进行化学反应时，其固相的绝对体积反应后分别比反应前增加了77％、97.92％；由于钢渣经过1650℃的高温锻烧，其中的f-CaO、f-MgO处于死烧状态，所以水化活性较低，随着时间的推移，它仍然会水化；因此激发性速凝膨胀废渣胶固料11中的钢渣组分发生水化时，会使得材料产生微膨胀效应，使材料自身更加密实，且对塌陷地周边围岩填充也更密实，提高塌陷地充填的效果，同时激发性速凝膨胀废渣胶固料11能够对沉管件2提供支撑效果，避免耕土层14在进行农业生产时，对沉管件2产生下压力，导致沉管件2破裂的问题，进一步的提高了沉管件2的使用寿命；
其中，激发性速凝膨胀废渣胶固料11中的主要材料为粉煤灰和矸石灰，而在矿区采煤中，矸石在开采中大量存在，进而使得激发性速凝膨胀废渣胶固料11中的大多材料在塌陷地就能够获得，无需大量从外地转移过来，大大的节约了治理成本，且材料无毒无害，具有明显的经济、社会和环境效益，避免对塌陷地造成二次污染；
同时，激发性速凝膨胀废渣胶固料11可以控制在5-30分钟内凝固、硬化，能够进一步提高对塌陷地充填的速度，进一步的节省施工时间，节约充填成本；
将预制的沉管件2充填在塌陷地中后，将收集池42、抽淤池26建立在耕土层14上，使得抽水管4上的第三延伸管41通入收集池42中，并将第二延伸管31的一端延伸至耕土层14上，同时将第一延伸管25延伸至抽淤池26中，当雨水天气时，耕土层14上的水向下渗透，并通过渗水层12从连接套管5上的过滤网51进入到沉管件2中，连接套管5的上端呈平面状，能够使得进水口53面积增大，收集更多的雨水进入到沉管件2中；
需要理解是，渗水层12采用碾碎成直径3-5cm的煤矸石，而煤矸石在采煤区大量的存在，能够就地取材，节约生产成本，渗水层12能够使得水快速进入到沉管件2中，同时避免土壤大量跟随水进入到沉管件2中，进一步减缓沉管件2中堆积淤泥的时间；且沉管件2上方的激发性速凝膨胀废渣胶固料11无需覆盖在连接套管5的上方，避免激发性速凝膨胀废渣胶固料11凝结后，导致向下渗透的水不便于通过连接套管5上的进水口53进入到沉管件2中；
当旱季时，通过水泵43从一端在沉管件2中的抽水管4抽水进行灌溉，便于农业生产；
在一定时间内通过抽淤泵27将沉管件2中淤泥抽出，防止淤泥堆积在沉管件2中，提高沉管件2储水的能力；
该装置使用沉管件2充填，能够在地下形成一个贯通的容水空间，在雨天时能够收集雨水，当旱季时可以通过水泵43，从一端在沉管件2中的抽水管4抽水进行灌溉，便于农业生产；同时采用激发性速凝膨胀废渣胶固料11进行充填，充填材料能够就地取材，自给自足，无需大量填充土壤，节约当地土壤资源，同时填充材料环保，避免对塌陷地造成二次污染，进而治理恢复耕田，符合生态环保要求。
实施例2：
参照图7，与实施例1基本相同，更进一步的是：连接套管5上固定连接有底座52；
底座52能够使得连接套管5的进水口53朝上，便于收集下渗的雨水，同时避免连接的沉管件2之间晃动。
实施例3：
参照图4，与实施例1基本相同，更进一步的是：第二延伸管31的一端螺纹连接有安装盒32，安装盒32中固定连接有阻拦网33；
螺纹连接在第二延伸管31一端的安装盒32，与第二延伸管31互通，能够当雨水进入到沉管件2中时，排出沉管件2中的空气，阻拦网33能够防止杂物堵塞第二延伸管31。
实施例4：
参照图1-7，一种沉管充填式采煤塌陷地治理方法，主要包括以下步骤：
S1：对塌陷地积水区调查是否稳沉，确认稳沉的，调查周边未受影响的耕地平均海拔高度、沉陷最深积水处地面海拔高度、积水深度的数据，计算沉管件2直径，沉管件2直径＝区域治理后的预设海拔高度-积水区最深处地面海拔高度-1.5m,按计算直径定制材质为钢筋混凝土的沉管件2，单个沉管件2长度3m-4m为宜，预制沉管件2选用C25一级配水泥混凝土材质，并配有HRB400钢筋；
S2：将积水区中的水进行抽排，采用机械对塌陷地按最深处向下开挖2m的标高，沿直线开挖土方，一次开挖宽度为沉管件2直径整数倍；随后在塌陷处中填充激发性速凝膨胀废渣胶固料11，并在激发性速凝膨胀废渣胶固料11上留出铺设沉管件2所用的地槽，且地槽之间留有间隙距离；
S3：在地槽内等间距铺设沉管件2，每列沉管件2中的第一个沉管件2的管口距离地槽端面留有1m-2m的施工场地，左右相邻沉管件2之间沿径向上间隔0.5m±0.1m，并塞入垫块以保持间距，同时向前铺设，前后之间的沉管件2管口对接处采用连接套管5进行连接，并将连接套管5的底座52放置在地槽中，将连接套管5与沉管件2之间采用焊接进行连接，每列沉管件2中最后一个沉管件2的管口距离地槽端面留有1m-2m的施工场地，每列沉管件2的两端管口采用封堵件进行密封；
S4：随后在沉管件2四周及地槽中再次充填激发性速凝膨胀废渣胶固料11，并在其上及沉管件2上铺设渗水层12，并在渗水层12上依次覆上生土层13、耕土层14，耕土层14高度高于周边耕地平均海拔高度1.5m。
本发明通过使用沉管件2充填，能够在地下形成一个贯通的容水空间，在雨天时能够收集雨水，当旱季时可以通过水泵43，从一端在沉管件2中的抽水管4抽水进行灌溉，便于农业生产；同时采用激发性速凝膨胀废渣胶固料11进行充填，充填材料能够就地取材，自给自足，无需大量充填土壤，节约当地土壤资源，同时填充材料环保，避免对塌陷地造成二次污染，进而治理恢复耕田，符合生态环保要求，同时激发性速凝膨胀废渣胶固料11能够对沉管件2提供支撑效果，避免耕土层14在进行农业生产时，对沉管件2产生下压力，导致沉管件2破裂的问题，进一步的提高了沉管件2的使用寿命。
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)
1.一种沉管充填式采煤塌陷地治理装置，其特征在于，包括等间距铺设的沉管件(2)，首尾相邻的所述沉管件(2)之间通过连接套管(5)连接，还包括：
开设在所述连接套管(5)上的进水口(53)，所述进水口(53)上固定连接有过滤网(51)；
固定连接在所述沉管件(2)上的抽水管(4)，所述抽水管(4)用于使等间距铺设的沉管件(2)相互连通，所述抽水管(4)上固定连接有第三延伸管(41)；
固定连接在所述沉管件(2)上的排气管(3)，所述排气管(3)用于使等间距铺设的沉管件(2)相互连通，所述排气管(3)上固定连接有第二延伸管(31)；
设置在所述沉管件(2)中的抽淤管(22)，所述沉管件(2)上固定连接有连接管(24)，所述抽淤管(22)的一端与连接管(24)连通，所述连接管(24)上固定连接有第一延伸管(25)。
2.根据权利要求1所述的一种沉管充填式采煤塌陷地治理装置，其特征在于，所述连接套管(5)固定连接在沉管件(2)上，且首尾相邻的沉管件(2)之间留有间距。
3.根据权利要求2所述的一种沉管充填式采煤塌陷地治理装置，其特征在于，所述连接套管(5)上固定连接有底座(52)。
4.根据权利要求2所述的一种沉管充填式采煤塌陷地治理装置，其特征在于，所述沉管件(2)中固定连接有支撑架(21)，所述抽淤管(22)固定连接在支撑架(21)上，所述抽淤管(22)上圆周且等间距开设有抽淤口(23)。
5.根据权利要求4所述的一种沉管充填式采煤塌陷地治理装置，其特征在于，所述第二延伸管(31)的一端螺纹连接有安装盒(32)，所述安装盒(32)中固定连接有阻拦网(33)。
6.根据权利要求1所述的一种沉管充填式采煤塌陷地治理装置，其特征在于，还包括收集池(42)，所述收集池(42)上固定连接有水泵(43)，所述第三延伸管(41)固定连接在水泵(43)的抽水端。
7.根据权利要求6所述的一种沉管充填式采煤塌陷地治理装置，其特征在于，还包括抽淤池(26)，所述抽淤池(26)上固定连接有抽淤泵(27)，所述第一延伸管(25)的一端固定连接在抽淤泵(27)的抽淤端。
8.一种沉管充填式采煤塌陷地治理方法，包括权利要求7所述的一种沉管充填式采煤塌陷地治理装置，其特征在于，主要包括以下步骤：
S1、对塌陷地积水区调查是否稳沉，确认稳沉的，调查周边未受影响的耕地平均海拔高度、沉陷最深积水处地面海拔高度、积水深度的数据，计算沉管件(2)直径，沉管件(2)直径＝区域治理后的预设海拔高度-积水区最深处地面海拔高度-1.5m,按计算直径定制材质为钢筋混凝土的沉管件(2)，单个沉管件(2)长度3m-4m为宜，预制沉管件(2)选用C25一级配水泥混凝土材质，并配有HRB400钢筋；
S2、将积水区中的水进行抽排，采用机械对塌陷地按最深处向下开挖2m的标高，沿直线开挖土方，一次开挖宽度为沉管件(2)直径整数倍；随后在塌陷处中填充激发性速凝膨胀废渣胶固料(11)，并在激发性速凝膨胀废渣胶固料(11)上留出铺设沉管件(2)所用的地槽，且地槽之间留有间隙距离；
S3、在地槽内等间距铺设沉管件(2)，每列沉管件(2)中的第一个沉管件(2)的管口距离地槽端面留有1m-2m的施工场地，左右相邻沉管件(2)之间沿径向上间隔0.5m±0.1m，并塞入垫块以保持间距，同时向前铺设，前后之间的沉管件(2)管口对接处采用连接套管(5)进行连接，并将连接套管(5)的底座(52)放置在地槽中，将连接套管(5)与沉管件(2)之间采用焊接进行连接，每列沉管件(2)中最后一个沉管件(2)的管口距离地槽端面留有1m-2m的施工场地，每列沉管件(2)的两端管口采用封堵件进行密封；
S4、随后在沉管件(2)四周及地槽中再次充填激发性速凝膨胀废渣胶固料(11)，并在其上及沉管件(2)上铺设渗水层(12)，并在渗水层(12)上依次覆上生土层(13)、耕土层(14)，耕土层(14)高度高于周边耕地平均海拔高度1.5m。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| RU2310755C1 (ru) * | 2006-11-21 | 2007-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Экостройресурс" | Способ восстановления выработанных карьеров |
| CN102643067A (zh) * | 2012-04-11 | 2012-08-22 | 王谦源 | 一种煤灰矸石充填活性激发胶固料及其制备方法 |
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| CN207620084U (zh) * | 2017-11-09 | 2018-07-17 | 宋慧丽 | 一种化工废水排污管道 |
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2022
- 2022-01-25 CN CN202210087940.3A patent/CN114351677A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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| 李树志: "采煤沉陷区土地复垦技术", 煤炭工业出版社, pages: 74 - 76 * |
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