CN117345173B - 一种高抽巷瓦斯分段抽采方法 - Google Patents

一种高抽巷瓦斯分段抽采方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高抽巷瓦斯分段抽采方法，具体步骤为:首先将固定有可变径弹性囊袋的抽采管放置在高抽巷中，每个可变径弹性囊袋的前端连接有控制器，当瓦斯浓度监测仪检测到瓦斯浓度达到预设启动值或应力传感器检测到巷道煤岩壁面出现较大应力变化时，控制器弹射开关启动，可变径弹性囊袋扩张，完成对高抽巷开采扰动区和非扰动区的分段，进而实现对开采扰动区瓦斯的精准高效抽采。本发明实现了根据巷道瓦斯浓度和巷道围岩应力实时变化情况下的高抽巷合理分段瓦斯抽采，解决了高瓦斯煤层高抽巷抽采中由于无效抽采空间大使得抽采负压要求高、瓦斯抽采效果差的问题，本发明有效提高了高抽巷瓦斯抽采效果，为高瓦斯煤层安全高效生产提供重要保障。

Description

一种高抽巷瓦斯分段抽采方法
技术领域
本发明专利涉及矿井瓦斯浓度超限防治技术领域，具体为一种高抽巷瓦斯分段抽采方法。
背景技术
随着我国煤炭开采的综合机械化程度提高，综采综放采煤技术日益成熟，采煤效率得到大幅提升，然而与之而来的安全问题层出不穷。尤其是高瓦斯煤层群，随着采煤工作面长度加长，开采强度加大，回采过程中瓦斯涌出骤增问题突出，极易造成上隅角、工作面和回风巷瓦斯超限，进而引发煤与瓦斯突出和瓦斯爆炸事故的发生。
根据实践证明，瓦斯抽采是治理矿井瓦斯灾害行之有效的主要措施，而高抽巷抽采又是针对高瓦斯煤层群采空区瓦斯抽采最主要、效果最好的措施之一。高抽巷根据布置方式的不同，主要分为走向高抽巷和倾向高抽巷。其中应用最广泛的顶板走向高抽巷抽采可以通过巷道抽采时产生的负压对采空区内的瓦斯形成牵引作用，减少采空区中瓦斯涌向工作面，降低工作面和回风巷上隅角处瓦斯浓度。在工作面的开采过程中，采空区上方岩层在重力的作用下发生变形形成不同的变形区，通常可分为垮落带、裂隙带和弯曲下沉带。裂隙带内岩层裂隙大量发育，为瓦斯运移提供了优势通道，因此通常将高抽巷布置在裂隙带中对采空区内瓦斯进行抽采。
然而高抽巷的精准抽采效果受到多种因素的影响，包括层位布置、抽放负压以及密闭质量等。工作面开采后，受开采扰动的影响煤层顶板覆岩应力分布随之变化，因此上覆岩层裂隙发育状态呈现多样性，瓦斯运移优势路径呈现多变性。长距离高抽巷抽采空间大，而非扰动区(煤层未开采区域)瓦斯解吸量少瓦斯浓度低，此区段增加了整体抽采的无效抽采空间，进而降低了整体瓦斯抽采效果。因此，亟需提供一种能够根据覆岩裂隙发育情况实时调整高抽巷抽采方法，增强采空区及回采工作面瓦斯抽采效果，减少无效抽采空间对瓦斯抽采的影响，以提高瓦斯抽采效率，减少瓦斯超限事故发生。
发明内容
针对现有高抽巷瓦斯抽采技术中出现的巷道壁面裂隙发育密闭性差、抽采负压低、无效抽采空间大使得瓦斯抽采效果不稳定的问题，本申请提供了一种高抽巷瓦斯分段抽采方法，以解决或缓解现有技术中存在的问题。
为实现上述目的，本申请提供了如下的技术方案：
本申请提供的一种高抽巷瓦斯分段抽采方法，其特征在于：包括如下几个步骤：
S1在工作面连续回采过程中，上覆岩层垮落导致顶板岩层裂隙充分发育，沿着工作面走向并根据工作面位置的高低将高抽巷布置在上覆岩层中；
S2将通过卡圈固定有可变径弹性囊袋的抽采管放置在高抽巷中，每个可变径弹性囊袋的前端连接有控制器，以完成对自动伸缩杆的控制，其中每个控制器并联有应力传感器和瓦斯浓度监测仪；
S3当瓦斯浓度监测仪检测到瓦斯浓度达到预设启动值时，此信号反馈给可变径弹性囊袋前端的控制器，控制器弹射开关启动，可变径弹性囊袋的自动伸缩杆延长直至可变径弹性囊袋的弹性外密封层与巷道壁贴合；当应力传感器检测到数值出现较大降低时，此信号同样反馈给控制器，控制器弹射开关启动，进而实现应力传感器和瓦斯浓度监测仪对控制器的并联控制；
S4随着回采工作面的推进，上覆岩层裂隙不断发育，瓦斯浓度不断升高，上覆邻近岩层应力随着裂隙充分发育而降低，位于回采工作面上部高抽巷中的的当可变径弹性囊袋在控制器作用下扩张，高抽巷被分隔成开采扰动区和非扰动区，通过抽采管完成回采工作面邻近区段瓦斯抽采；
S5当瓦斯浓度监测仪检测瓦斯浓度值低于预设关闭值时，此信号反馈给控制器，控制器的弹射开关关闭，可变径弹性囊袋的自动伸缩杆收回，可变径弹性囊袋与高抽巷巷道壁分离，通过弹性橡胶筛管和抽采管之间的空隙实现对可变径弹性囊袋的移动和回收，为下一阶段抽采作业做准备。
所述的一种高抽巷瓦斯分段抽采装置，包括抽采管、可变径弹性囊袋、自动伸缩杆、控制器、瓦斯浓度监测仪和应力传感器，其中可变径弹性囊袋通过卡圈分段固定在抽采管上，可变径弹性囊袋前端设置有控制器，用于接收瓦斯浓度监测仪和应力传感器反馈信息并及时发出动作指令，通过控制器弹射开关开启与关闭控制可变径弹性囊袋自动伸缩杆的伸缩；瓦斯浓度监测仪和应力传感器与控制器的启动开关呈并联状态。
优选的，所述控制器与瓦斯浓度监测仪和应力传感器连接，其中瓦斯浓度监测仪用于检测高抽巷不同区段瓦斯浓度，应力传感器用于监测高抽巷巷道壁附近岩层的应力情况。
优选的，所述瓦斯浓度监测仪和应力传感器与控制器的启动开关呈并联状态，当瓦斯浓度监测仪检测到瓦斯浓度达到预设启动值时，此信号反馈给控制器，控制器弹射开关启动，可变径弹性囊袋的自动伸缩杆不受限制进而延长直至可变径弹性囊袋的弹性外密封层与高抽巷巷道壁贴合，停止延伸，可变径弹性囊袋完成扩张，实现对高抽巷的阶段封堵；当应力传感器检测到巷道岩层应力值达到预设启动值时，此信号同样反馈给控制器，控制器接收到信号后发出动作指令，控制器弹射开关启动，可变径弹性囊袋的自动伸缩杆失去限制而自动延伸直至与可变径弹性囊袋的弹性外密封层与高抽巷巷道壁贴合，停止延伸，完成对可变径弹性囊袋的扩张；当瓦斯浓度监测仪检测到瓦斯浓度低于预设关闭值时，此信号反馈给控制器，控制器弹射开关关闭，可变径弹性囊袋的自动伸缩杆再次受到限制而收缩，可变径弹性囊袋随着自动伸缩杆收缩而与巷道壁分离，进而实现对抽采管的移动和回收。
优选的，所述的可变径弹性囊袋由铰链、自动伸缩杆、弹性内密封层、弹性外密封层和防滑凸起组成，弹性外密封层通过铰链和自动伸缩杆与弹性内密封层连接；自动伸缩杆的伸缩状态受控制器弹射开关限制，当控制器弹射开关呈开启状态时，自动伸缩杆不受限制而延伸，当控制器弹射开关闭合时，自动伸缩杆受拉伸而收缩，可变径弹性囊袋直径变短；弹性外密封层的外侧设置有防滑凸起，增加可变径弹性囊袋与高抽巷巷道壁之间的摩擦力。
优选的，所述的高抽巷抽采管上间隔一定距离通过卡圈固定有2个可变径弹性囊袋，每个可变径弹性囊袋前端分别设置独立的控制器、瓦斯浓度监测仪和应力传感器，通过感应高抽巷中环境变化，包括瓦斯浓度变化和巷道煤岩壁面应力变化情况，实时控制可变径弹性囊袋自动伸缩杆的伸缩，当可变径弹性囊袋收缩时，卡圈的限位器受压而回弹，可变径弹性囊袋运动不受限制，进而通过弹性橡胶筛管与抽采管之间的空隙实现对收缩的可变径弹性囊袋的移位。
由于采用上述的技术方案，本发明专利的有益效果是：
(1))瓦斯浓度检测仪检测到瓦斯浓度达到设定值，及时将信息反馈给可变径弹性囊袋前端的控制器，通过控制器完成对可变径弹性囊袋的针对性扩张和收缩控制，实现对高抽巷根据瓦斯浓度分段，进而完成高抽巷瓦斯精准性定区域高效抽采，可以快速达到降低瓦斯浓度的效果。
(2)通过对瓦斯浓度检测仪设置预设启动值和预设关闭值，进而通过控制器实现对可变径弹性囊袋的控制，可以根据瓦斯浓度实时变化情况调整抽采方案，增加了瓦斯抽采的时效性，可以从根源上有效预防瓦斯超限事故的发生。
(3)本发明增设应力传感器检测巷道岩层应力值，可以实现对煤岩巷道壁面应力变化影响下裂隙演化情况的实时监测。通过应力传感器将信息反馈给控制器，进而控制可变径弹性囊袋的针对性扩张和收缩，进而实现对高抽巷开采扰动区和非扰动区的分段，减少了抽采过程中的无效抽采空间(非扰动区)，提升了开采扰动区的抽采负压，有效减少了由于煤岩壁面裂隙发育引起抽采负压低对瓦斯抽采效果的影响。
(4)本发明通过瓦斯浓度监测仪和应力传感器与控制器的启动开关的并联控制，通过感应高抽巷中环境变化，包括瓦斯浓度变化和巷道煤岩壁面应力变化情况，实时控制可变径弹性囊袋自动伸缩杆的伸缩，进而实现对高抽巷的开采扰动区和非扰动区的分阶段瓦斯抽采，提高了高抽巷抽采负压，保障了基于智能调控高抽巷瓦斯抽采方法的可靠性，为矿井开采过程中瓦斯超限事故预防提供重要的技术支撑。
附图说明
图1为本发明一种高抽巷瓦斯分段抽采方法的流程图；
图2为本发明顶板走向高抽巷抽采采空区瓦斯位置布置俯视图；
图3为本发明顶板走向高抽巷抽采采空区瓦斯位置布置剖面图；
图4为本发明可变径弹性囊袋的扩张状态结构示意图；
图5为本发明可变径弹性囊袋的收缩状态结构示意图；
图6为本发明控制器对自动伸缩杆控制原理示意图
图7为本发明高抽巷中可变径弹性囊袋扩张状态与移位过程示意图；
图示标记：1、高抽巷；2、可变径弹性囊袋；2-1、#1可变径弹性囊袋；2-2、#2可变径弹性囊袋；3、抽采管；4、铰链；5、自动伸缩杆；6、弹性内密封层；7、弹性外密封层；8、防滑凸起；9、控制器；10、瓦斯浓度检测仪；11、应力传感器；12、弹性橡胶筛管
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。
下面将结合附图进一步说明本发明的具体实施方法。
如图1-3所示，本申请提供的一种高抽巷瓦斯分段抽采方法，其特征在于：包括如下几个步骤：
S1在工作面连续回采过程中，上覆岩层垮落导致顶板岩层裂隙充分发育，沿着工作面走向并根据工作面位置的高低将高抽巷1布置在上覆岩层中；
S2将通过卡圈固定有可变径弹性囊袋2的抽采管3放置在高抽巷1中，每个可变径弹性囊袋2的前端连接有控制器9，以完成对自动伸缩杆5的控制，其中每个控制器9并联有应力传感器11和瓦斯浓度监测仪10；
S3当瓦斯浓度监测仪10检测到瓦斯浓度达到预设启动值时，此信号反馈给可变径弹性囊袋2前端的控制器9，控制器9弹射开关启动，可变径弹性囊袋2的自动伸缩杆5延长直至可变径弹性囊袋2的弹性外密封层7与巷道壁贴合；当应力传感器11检测到数值出现较大降低时，此信号同样反馈给控制器9，控制器9弹射开关启动，进而实现应力传感器11和瓦斯浓度监测仪10对控制器9的并联控制；
S4随着回采工作面的推进，上覆岩层裂隙不断发育，瓦斯浓度不断升高，上覆邻近岩层应力随着裂隙充分发育而降低，巷道壁面应变增大，位于回采工作面上部高抽巷1中的的当可变径弹性囊袋2在控制器9作用下扩张，高抽巷1被分隔成开采扰动区和非扰动区，通过抽采管3完成回采工作面邻近区段瓦斯抽采；
S5当瓦斯浓度监测仪10检测瓦斯浓度值低于预设关闭值时，此信号反馈给控制器9，控制器9的弹射开关关闭，可变径弹性囊袋2的自动伸缩杆5收回，可变径弹性囊袋2与高抽巷1巷道壁分离，通过弹性橡胶筛管12和抽采管3之间空隙实现对可变径弹性囊袋2的移动和回收，为下一阶段抽采作业做准备。
如图2-6所示，所述的一种高抽巷瓦斯分段抽采装置，包括抽采管3、可变径弹性囊袋2、自动伸缩杆5、控制器9、瓦斯浓度监测仪10和应力传感器11，其中可变径弹性囊袋2通过卡圈分段固定在抽采管3上，可变径弹性囊袋2前端设置有控制器9，用于接收瓦斯浓度监测仪10和应力传感器11反馈信息并及时发出动作指令，通过控制器9弹射开关开启与关闭控制可变径弹性囊袋2自动伸缩杆5的伸缩；瓦斯浓度监测仪10和应力传感器11与控制器9的启动开关呈并联状态。
优选的，如图6所示，所述控制器9与瓦斯浓度监测仪10和应力传感器11连接，其中瓦斯浓度监测仪10用于检测高抽巷1不同区段瓦斯浓度，应力传感器11用于监测高抽巷1巷道壁附近岩层的应力情况。
优选的，如图6-7所示，所述瓦斯浓度监测仪10和应力传感器11与控制器9的启动开关呈并联状态，当瓦斯浓度监测仪10检测到瓦斯浓度达到预设启动值时，此信号反馈给控制器9，控制器9弹射开关启动，可变径弹性囊袋2的自动伸缩杆5不受限制进而延长直至可变径弹性囊袋2的弹性外密封层7与高抽巷1巷道壁贴合，停止延伸，可变径弹性囊袋2完成扩张，实现对高抽巷1的阶段封堵；当应力传感器11检测到巷道岩层应力值达到预设启动值时，此信号同样反馈给控制器9，控制器9接收到信号后发出动作指令，控制器9弹射开关启动，可变径弹性囊袋2的自动伸缩杆5失去限制而自动延伸直至与可变径弹性囊袋2的弹性外密封层7与高抽巷1巷道壁贴合，停止延伸，完成对可变径弹性囊袋2的扩张；当瓦斯浓度监测仪10检测到瓦斯浓度低于预设关闭值时，此信号反馈给控制器9，控制器9弹射开关关闭，可变径弹性囊袋2的自动伸缩杆5再次受到限制而收缩，可变径弹性囊袋2随着自动伸缩杆5收缩而与巷道壁分离，进而实现对抽采管3的移动和回收。
优选的，如图4-6所示，所述的可变径弹性囊袋2由铰链4、自动伸缩杆5、弹性内密封层6、弹性外密封层7和防滑凸起8组成，弹性外密封层7通过铰链4和自动伸缩杆5与弹性内密封层6连接；自动伸缩杆5的伸缩状态受控制器9弹射开关限制，当控制器9弹射开关呈开启状态时，自动伸缩杆5不受限制而延伸，当控制器9弹射开关闭合时，自动伸缩杆5受拉伸而收缩，可变径弹性囊袋2直径变短；弹性外密封层7的外侧设置有防滑凸起8，增加可变径弹性囊袋2与高抽巷1巷道壁之间的摩擦力；可变径弹性囊袋通过卡圈限位器实现在抽采管的位置固定。
优选的，如图7所示，所述的高抽巷1抽采管3上间隔一定距离通过卡圈分别固定有#1可变径弹性囊袋2-1、#2可变径弹性囊袋2-2，每个可变径弹性囊袋2前端分别设置独立的控制器9、瓦斯浓度监测仪10和应力传感器11，通过感应高抽巷1中环境变化，包括瓦斯浓度变化和巷道煤岩壁面应力变化情况，实时控制可变径弹性囊袋2自动伸缩杆5的伸缩。
优选的，如图3和7所示，首先随着回采工作面的开采，可变径弹性囊袋2-1邻近回采工作面，受回采扰动的影响此处的瓦斯浓度持续升高，上覆岩层高抽巷1壁面应力变化明显，可变径弹性囊袋2-1在控制器9的作用下扩展直至与高抽巷1壁面贴合(此时可变径弹性囊袋2-2处于收缩状态)，停止扩张，完成对高抽巷开采扰动区和非扰动区的分段，从而实现对开采扰动区定区域瓦斯精准抽采作业；随着开采工作面的推进，当工作面邻近可变径弹性囊袋2-2时，可变径弹性囊袋2-2受瓦斯浓度和应力的影响在控制器9的作用下开始扩张；而此时可变径弹性囊袋2-1随着离回采工作面距离不断增大，可变径弹性囊袋2-1附近瓦斯浓度和应力值受开采扰动影响减弱，可变径弹性囊袋2-1在控制器9的控制下收缩；收缩的可变径弹性囊袋2-1压缩卡圈的限位器，限位器回弹，可变径弹性囊袋2-1失去限位器限制进而可实现在抽采管3和弹性橡胶筛管12之间移动；可变径弹性囊袋2-1在外力的牵引下，从原始位置(可变径弹性囊袋2-2前端)移动到可变径弹性囊袋2-2的后端，为下一阶段抽采作业做准备。
至此，本领域技术人员应认识到，虽本文已详尽示出和描述了本发明的示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍然可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (4)

1.一种高抽巷瓦斯分段抽采方法，利用一种高抽巷瓦斯分段抽采装置进行施工，其特征在于：包括如下几个步骤：
S1在工作面连续回采过程中，上覆岩层垮落导致顶板岩层裂隙充分发育，沿着工作面走向并根据工作面位置的高低将高抽巷布置在上覆岩层中；
S2将通过卡圈固定有可变径弹性囊袋的抽采管放置在高抽巷中，每个可变径弹性囊袋的前端连接有控制器，以完成对自动伸缩杆的控制，其中每个控制器并联有应力传感器和瓦斯浓度监测仪；
S3当瓦斯浓度监测仪检测到瓦斯浓度达到预设启动值时，此信号反馈给可变径弹性囊袋前端的控制器，控制器弹射开关启动，可变径弹性囊袋的自动伸缩杆延长直至可变径弹性囊袋的弹性外密封层与巷道壁贴合；当应力传感器检测到数值出现大幅降低时，此信号同样反馈给控制器，控制器弹射开关启动，进而实现应力传感器和瓦斯浓度监测仪对控制器的并联控制；
S4 随着回采工作面的推进，上覆岩层裂隙不断发育，瓦斯浓度不断升高，上覆邻近岩层应力随着裂隙充分发育而降低，位于回采工作面上部高抽巷中的可变径弹性囊袋在控制器作用下扩张，高抽巷被分隔成开采扰动区和非扰动区，通过抽采管完成回采工作面邻近区段瓦斯抽采；
S5 当瓦斯浓度监测仪检测瓦斯浓度值低于预设关闭值时，此信号反馈给控制器，控制器弹射开关关闭，可变径弹性囊袋的自动伸缩杆收回，可变径弹性囊袋与高抽巷巷道壁分离，通过弹性橡胶筛管和抽采管之间的空隙实现对可变径弹性囊袋的移动和回收，为下一阶段抽采作业做准备；
所述的一种高抽巷瓦斯分段抽采装置，包括抽采管、可变径弹性囊袋、自动伸缩杆、控制器、瓦斯浓度监测仪和应力传感器，其中可变径弹性囊袋通过卡圈分段固定在抽采管上，可变径弹性囊袋前端设置有控制器，用于接收瓦斯浓度监测仪和应力传感器反馈信息并及时发出动作指令，通过控制器弹射开关开启与关闭控制可变径弹性囊袋自动伸缩杆的伸缩；瓦斯浓度监测仪和应力传感器与控制器弹射开关呈并联状态；
所述的可变径弹性囊袋由铰链、自动伸缩杆、弹性内密封层、弹性外密封层和防滑凸起组成，弹性外密封层通过铰链和自动伸缩杆与弹性内密封层连接；自动伸缩杆的伸缩状态受控制器弹射开关限制，当控制器弹射开关呈开启状态时，自动伸缩杆不受限制而延伸，当控制器弹射开关闭合时，自动伸缩杆受压而收缩，可变径弹性囊袋直径变短；弹性外密封层的外侧设置有防滑凸起，增加可变径弹性囊袋与高抽巷巷道壁之间的摩擦力。
2.根据权利要求1所述的一种高抽巷瓦斯分段抽采方法，其特征在于：所述控制器与瓦斯浓度监测仪和应力传感器连接，其中瓦斯浓度监测仪用于检测高抽巷不同区段瓦斯浓度，应力传感器用于监测高抽巷巷道壁附近岩层的应力变化情况。
3.根据权利要求2所述的一种高抽巷瓦斯分段抽采方法，其特征在于：所述瓦斯浓度监测仪和应力传感器与控制器弹射开关呈并联状态，当瓦斯浓度监测仪检测到瓦斯浓度达到预设启动值时，此信号反馈给控制器，控制器弹射开关启动，可变径弹性囊袋的自动伸缩杆不受限制进而延长直至可变径弹性囊袋的弹性外密封层与高抽巷巷道壁贴合，停止延伸，可变径弹性囊袋完成扩张，实现对高抽巷的阶段封堵；当应力传感器检测到巷道岩层应力值达到预设启动值时，此信号同样反馈给控制器，控制器接收到信号后发出动作指令，控制器弹射开关启动，可变径弹性囊袋的自动伸缩杆失去限制而自动延伸直至与可变径弹性囊袋的弹性外密封层与高抽巷巷道壁贴合，停止延伸，完成对可变径弹性囊袋的扩张；当瓦斯浓度监测仪检测到瓦斯浓度低于预设关闭值时，此信号反馈给控制器，控制器弹射开关关闭，可变径弹性囊袋的自动伸缩杆再次受到限制而收缩，可变径弹性囊袋随着自动伸缩杆收缩而与巷道壁分离，进而实现对抽采管的移动和回收。
4.根据权利要求1所述的一种高抽巷瓦斯分段抽采方法，其特征在于：所述的高抽巷抽采管上间隔一定距离通过卡圈固定有2个可变径弹性囊袋，每个可变径弹性囊袋前端分别设置独立的控制器、瓦斯浓度监测仪和应力传感器，通过感应高抽巷中环境变化，包括瓦斯浓度变化和巷道煤岩壁面应力变化情况，实时控制可变径弹性囊袋自动伸缩杆的伸缩，当可变径弹性囊袋收缩时，卡圈的限位器受压而回弹，可变径弹性囊袋运动不受限制，进而通过弹性橡胶筛管与抽采管之间的空隙实现对收缩的可变径弹性囊袋的移位。
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