CN217029009U - 一种煤矿井下主排水预警的安全检测系统装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种煤矿井下主排水预警的安全检测系统装置，包括排水控制单元和检测预警单元；所述排水控制单元包括水仓以及至少两条相互独立的排水主管，所述排水主管上引出两条独立的排水支管并接入所述水仓，所述排水支管上设置有水泵；所述检测预警单元包括数据处理模块、信息采集模块和地面监控模块，所述信息采集模块电性接入所述数据处理模块，所述数据处理模块与所述地面监控模块无线通信，所述数据处理模块电性连接所述水泵；所述信息采集模块包括压力传感器、流量传感器和水位传感器。可以根据压力、流量和液位等参数，自动远程调节水泵转速，节省了人力资源，降低成本，运行费用大大降低，经济效益较好。

Description

一种煤矿井下主排水预警的安全检测系统装置

技术领域

本实用新型属于矿井排水设备技术领域，涉及一种煤矿井下主排水预警的安全检测系统装置。

背景技术

目前，在煤矿中由于雨水和江河水的渗透，在煤矿开采过程中存在水害，煤矿都安装煤矿排水系统，通过设置水仓来储存煤矿下的水，再通过离心泵将水仓中的水及时排出至地上，但是如果将综采区和储水区连通，发生透水事故，如果不能及时地将这些积水排送到井上，这样煤矿下的开采工作受到严重影响，易造成生产中断，严重会造成工作人员伤亡，带来巨大的经济损失和财产损失，因此对煤矿排水的监控有着十分重要的意义。

然而，目前煤矿排水大部分是人工或者半人工方式，井下工作人员只能根据水位高低、手动开启离心泵，在煤矿出现水灾安全隐患时不能及时采取有效地防水措施。

目前一般采用一泵一管，即一台离心泵与一个管路连接，这样，当一个离心泵出现故障时，整个管路则不能正常工作，另一方面，一台离心泵对管道内水的流速和通过流量调节有限。

此外，煤矿排水主排设备为离心泵，离心泵会局部产生真空，周围水以很高的流速冲向真空区域，众多水滴锤撞击叶片，离心泵振动并发出噪声，压头、流量下降，严重时不能输送水；且当离心泵被输送水的粘度较大时，离心泵内水的能量损失增大，导致离心泵的流量、压头减小，效率下降；另外，离心泵在工作过程中，泵轴、轴承等摩擦运动产生大量的热量，离心泵过热不但影响设备的正常运行，还影响离心泵的使用寿命，情况严重还会引发事故，威胁矿工的生命安全。

目前管路中流量不能实时检测，不能有效地防止离心泵动力转偏低或离心泵发生堵塞造成管路的流量不符合设定值，从而加大排水时间，影响生产效率。因此，现如今缺少一种结构简单、成本低、设计合理的煤矿排水控制系统，方便工作人员实时掌握煤矿排水的运行工况，保证煤矿排水系统安全和稳定运行。

CN110647078B公开了一种煤矿井下无人值守排水系统的控制方法，排水系统包括DSP数字信号处理器模块、通信电路模块和电源模块，DSP数字信号处理器模块的输入端接有数字量输入隔离电路模块和信号调理电路模块，信号调理电路模块的输入端接有温度传感器、用于检测水泵入口真空度的真空度传感器、用于检测排水管路流量的流量传感器、用于检测水泵出水口压力的压力传感器和用于检测水仓内水位的液位传感器，DSP数字信号处理器模块的输出端接有D/A转换电路模块、显示模块和声光报警电路模块。

CN207583641U公开了一种煤矿排水控制系统，包括排水装置和控制装置，所述排水装置包括水仓、主排水机构和备用排水机构，所述主排水机构包括第一主离心泵和第二主离心泵，所述备用排水机构包括第一备用离心泵和第二备用离心泵，所述控制装置包括微控制器、电机模块和调节阀驱动器，所述微控制器的输入端接液位传感器、第一主泵检测模块、第二主泵检测模块和第一备用泵检测模块，以及第二备用泵检测模块、粘度测量模块、第一流量传感器和第二流量传感器。

CN203559928U公开了一种矿井多水平排水综合控制装置，包括设于各个涌水区与交流电源连接的主排水泵，所述各个涌水区均设有用检测其水位的液位传感器，所述液位传感器的输出端通过软启动柜与控制器的输入端电连接；所述控制器的输出端分别与主排水泵、用于对主排水泵进行抽真空的真空泵电连接；所述控制器通过通信模块与设于井上控制室的上位机交互式连接，控制器交互式电连接有用于显示与输入指令的操作屏。

安全是困扰煤炭生产的主要问题，其中，以瓦斯、煤尘、水、火和顶板五大自然灾害为主，根据危害程度，煤矿水害与瓦斯并列首位；水害的产生受地质条件和开采历史等客观因素的影响非常大，如果发生突水事故将造成人员及财产的重大损失；因此监测监控矿井水的动态、预测预警水害的发生对煤矿安全、人员安全、煤矿日常生产正常进行有着非常重大的意义。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种煤矿井下主排水预警的安全检测系统装置，可以根据压力、流量和液位等参数，自动远程调节水泵转速，节省了人力资源，降低成本，运行费用大大降低，经济效益较好。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供了一种煤矿井下主排水预警的安全检测系统装置，所述安全检测系统装置包括排水控制单元和检测预警单元；

所述排水控制单元包括水仓以及至少两条相互独立的排水主管，所述排水主管上引出两条独立的排水支管并接入所述水仓，所述排水支管上设置有水泵；

所述检测预警单元包括数据处理模块、信息采集模块和地面监控模块，所述信息采集模块电性接入所述数据处理模块，所述数据处理模块与所述地面监控模块无线通信，所述数据处理模块电性连接所述水泵；

所述信息采集模块包括压力传感器、流量传感器和水位传感器，所述压力传感器和流量传感器设置于所述排水支管上，所述水位传感器设置于所述水仓内，所述信息采集模块将采集到的排水支管内的压力数据和流量数据以及水仓内液位数据传输至数据处理模块，所述数据处理模块控制水泵并将数据传输至地面监控模块。

本实用新型提供的安全检测系统装置主要用于将矿井内涌水经排水主管、水泵和排水支管排入水仓，再经处理后用作地面生产生活用水或直接排放。根据矿井实际情况，使设备在无人干涉的情况下自动运行和自我诊断。通过信息采集模块和数据处理模块对设备的运行状态、运行过程进行自动检测自动控制，通过对井下水位及压力和流量数据进行实时监测并上传，控制水泵进行工作并合理调度，监测水泵运行情况，有效降低无人值守自动控制水泵系统故障率，并加快故障处理速度，记录故障发生过程并分析原因，减少同样故障重复发生率。通过通数据处理模块与地面监控模块实现数据交换和远程控制，实现对水位的实时监测和控制报警，可靠性强，方便工作人员实时掌握排水控制单元的运行工况，保证排水控制单元安全稳定运行。可以根据压力、流量和液位等参数，自动远程调节水泵转速，节省了人力资源，降低成本，运行费用大大降低，经济效益较好。

需要说明的是，本实用新型中的排水控制单元包括至少两条相互独立的排水主管，其中一条排水主管工作时，其他排水主管处于备用状态；同样地，每条排水主管上引出了两条排水支管，其中一条排水支管工作时，其他排水支管处于备用状态，这样当其中一条排水支管中的水泵出现故障时，整个排水控制单元仍能正常工作排水，同时，通过调节不同水泵的转速还可以对排水支管中水压和流量进行调节。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述排水支管的出口端设置有过滤器。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述排水支管上设置有电磁阀，所述电磁阀位于所述水泵的上游。

所述电磁阀电性连接所述数据处理模块，所述数据处理模块监测到所述信息采集模块采集的压力、流量和水位值超过预警线时，向电磁阀发出控制指令，控制电磁阀开度，调节各条排水支管内的水流量。

本实用新型提供的实时安全检测系统装置具有完整的保护及预警措施，在突发事件中能及时报警并主动开启排水避险，数据处理模块一方面通过分级报警模块进行分级报警，另一方面根据情况的紧急程度直接自主控制电磁阀开度和/或水泵转速，主动开启排水避险，实现最大程度的自动化控制，可靠性强，可持续长时间运行，节省了人力资源，降低成本，运行费用大大降低，经济效益较好。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述信息采集模块还包括位于水泵内的负压传感器，所述负压传感器用于检测所述水泵内的真空度。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述检测预警单元还包括视频辅助模块，所述视频辅助模块包括分布于井下水泵处的多个拍摄装置，所述拍摄装置电性连接所述数据处理模块，所述数据处理模块接收所述拍摄装置采集的视频数据并实时发送至地面监控模块。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述视频辅助模块还包括亮度调节装置，所述亮度调节装置根据矿井内的光线亮暗程度进行补光。

在本实用新型中，亮度调节装置与拍摄装置电性连接，拍摄装置优选为防水型摄像头。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述检测预警单元还包括分级报警模块，所述分级报警模块电性连接所述数据处理模块，所述数据处理模块监测到各项数据超出预警值时，根据超出程度向分级报警模块发出不同的控制指令，进行分级别告警。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述分级报警模块包括分别电性连接所述数据处理模块的警报灯和蜂鸣器。

所述警报灯包括不同颜色的灯具，所述数据处理模块根据险情的紧急程度控制警报灯的颜色和/或闪烁频率。

所述蜂鸣器通过音频功放电路电性接入所述数据处理模块，所述数据处理模块通过所述音频功放电路控制所述蜂鸣器发出设定频率段的声频信号，从而控制所述蜂鸣器发出的蜂鸣音量。

本实用新型提供的分级报警模块根据颜色和/或蜂鸣音量区分出至少三个不同紧急程度的警报级别，当有某一监测数据超出预警值时，数据处理模块根据超出程度判断险情紧急程度，再向分级报警模块发出对应的警报级别指令，井下人员可以根据警报级别采取适当的处置方案，可以帮助井下人员更加精准地采取不同的处置方案，防止错误地估计的险情导致人身财产损失。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述检测预警单元还包括无线通信模块，所述数据处理模块通过无线通信模块与所述地面监控模块进行无线通信和远程控制。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述无线通信模块包括地面交换机、井下交换机和工业以太环网，所述地面交换机和井下交换机通过工业以太环网连接通讯。

所述数据处理模块电性接入所述井下交换机。

示例性地，本实用新型提供的实时安全检测系统装置的工作原理包括：

亮度调节装置根据矿井内的光线亮暗程度进行补光，拍摄装置将矿井内部情况拍摄并传输至数据处理模块，数据处理模块将视频数据打包后传输至底面监控模块；同时，压力传感器、流量传感器、水位传感器和负压传感器分别对排水支管内的水压和流量、水仓内液位以及水泵内负压进行实时检测，并将检测结果传输至数据处理模块，数据处理模块将视频数据打包后传输至底面监控模块；当各类传感器检测到的某一数据超出预警值时，数据处理模块根据超出程度向分级报警模块发出不同的控制指令，进行分级别告警；同时直接控制水泵的转速和/或电磁阀开度进行自主排水。

所述系统是指设备系统、装置系统或生产装置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供的安全检测系统装置主要用于将矿井内涌水经排水主管、水泵和排水支管排入水仓，再经处理后用作地面生产生活用水或直接排放。根据矿井实际情况，使设备在无人干涉的情况下自动运行和自我诊断。通过信息采集模块和数据处理模块对设备的运行状态、运行过程进行自动检测自动控制，通过对井下水位及压力和流量数据进行实时监测并上传，控制水泵进行工作并合理调度，监测水泵运行情况，有效降低无人值守自动控制水泵系统故障率，并加快故障处理速度，记录故障发生过程并分析原因，减少同样故障重复发生率。通过通数据处理模块与地面监控模块实现数据交换和远程控制，实现对水位的实时监测和控制报警，可靠性强，方便工作人员实时掌握排水控制单元的运行工况，保证排水控制单元安全稳定运行。可以根据压力、流量和液位等参数，自动远程调节水泵转速，节省了人力资源，降低成本，运行费用大大降低，经济效益较好。

附图说明

图1为本实用新型一个具体实施方式提供的安全检测系统装置的结构示意图。

其中，1-水仓；2-排水主管；3-排水支管；4-电磁阀；5-水泵；6-压力传感器；7-流量传感器；8-过滤器；9-水位传感器；10-数据处理模块；11-视频辅助模块；12-分级报警模块；13-井下交换机；14-地面交换机；15-地面监控模块。

具体实施方式

需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本领域技术人员理应了解的是，本实用新型中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于本实用新型的主要创新点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型可以自行增设布局，本实用新型对此不做特殊要求和具体限定。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

在一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种煤矿井下主排水预警的安全检测系统装置，如图1所示，所述安全检测系统装置包括排水控制单元和检测预警单元；

所述排水控制单元包括水仓1以及至少两条相互独立的排水主管2，所述排水主管2上引出两条独立的排水支管3并接入所述水仓1，所述排水支管3上设置有水泵5；

所述检测预警单元包括数据处理模块10、信息采集模块和地面监控模块15，所述信息采集模块电性接入所述数据处理模块10，所述数据处理模块10与所述地面监控模块15无线通信，所述数据处理模块10电性连接所述水泵5；

所述信息采集模块包括压力传感器6、流量传感器7和水位传感器9，所述压力传感器6和流量传感器7设置于所述排水支管3上，所述水位传感器9设置于所述水仓1内，所述信息采集模块将采集到的排水支管3内的压力数据和流量数据以及水仓1内液位数据传输至数据处理模块10，所述数据处理模块10控制水泵5并将数据传输至地面监控模块15。

本实用新型提供的安全检测系统装置主要用于将矿井内涌水经排水主管2、水泵5和排水支管3排入水仓1，再经处理后用作地面生产生活用水或直接排放。根据矿井实际情况，使设备在无人干涉的情况下自动运行和自我诊断。通过信息采集模块和数据处理模块10对设备的运行状态、运行过程进行自动检测自动控制，通过对井下水位及压力和流量数据进行实时监测并上传，控制水泵5进行工作并合理调度，监测水泵5运行情况，有效降低无人值守自动控制水泵5系统故障率，并加快故障处理速度，记录故障发生过程并分析原因，减少同样故障重复发生率。通过通数据处理模块10与地面监控模块15实现数据交换和远程控制，实现对水位的实时监测和控制报警，可靠性强，方便工作人员实时掌握排水控制单元的运行工况，保证排水控制单元安全稳定运行。可以根据压力、流量和液位等参数，自动远程调节水泵5转速，节省了人力资源，降低成本，运行费用大大降低，经济效益较好。

需要说明的是，本实用新型中的排水控制单元包括至少两条相互独立的排水主管2，其中一条排水主管2工作时，其他排水主管2处于备用状态；同样地，每条排水主管2上引出了两条排水支管3，其中一条排水支管3工作时，其他排水支管3处于备用状态，这样当其中一条排水支管3中的水泵5出现故障时，整个排水控制单元仍能正常工作排水，同时，通过调节不同水泵5的转速还可以对排水支管3中水压和流量进行调节。

进一步地，所述排水支管3的出口端设置有过滤器8。

进一步地，所述排水支管3上设置有电磁阀4，所述电磁阀4位于所述水泵5的上游。

所述电磁阀4电性连接所述数据处理模块10，所述数据处理模块10监测到所述信息采集模块采集的压力、流量和水位值超过预警线时，向电磁阀4发出控制指令，控制电磁阀4开度，调节各条排水支管3内的水流量。

本实用新型提供的实时安全检测系统装置具有完整的保护及预警措施，在突发事件中能及时报警停机，数据处理模块10一方面通过分级报警模块12进行分级报警，另一方面根据情况的紧急程度直接自主控制电磁阀4开度和/或水泵5转速，实现最大程度的自动化控制，可靠性强，可持续长时间运行，节省了人力资源，降低成本，运行费用大大降低，经济效益较好。

进一步地，所述信息采集模块还包括位于水泵5内的负压传感器，所述负压传感器用于检测所述水泵5内的真空度。

进一步地，所述检测预警单元还包括视频辅助模块11，所述视频辅助模块11包括分布于井下水泵5处的多个拍摄装置，所述拍摄装置电性连接所述数据处理模块10，所述数据处理模块10接收所述拍摄装置采集的视频数据并实时发送至地面监控模块15。

进一步地，所述视频辅助模块11还包括亮度调节装置，所述亮度调节装置根据矿井内的光线亮暗程度进行补光。

在本实用新型中，亮度调节装置与拍摄装置电性连接，拍摄装置优选为防水型摄像头。

进一步地，所述检测预警单元还包括分级报警模块12，所述分级报警模块12电性连接所述数据处理模块10，所述数据处理模块10监测到各项数据超出预警值时，根据超出程度向分级报警模块12发出不同的控制指令，进行分级别告警。

进一步地，所述分级报警模块12包括分别电性连接所述数据处理模块10的警报灯和蜂鸣器。

所述警报灯包括不同颜色的灯具，所述数据处理模块10根据险情的紧急程度控制警报灯的颜色和/或闪烁频率。

所述蜂鸣器通过音频功放电路电性接入所述数据处理模块10，所述数据处理模块10通过所述音频功放电路控制所述蜂鸣器发出设定频率段的声频信号，从而控制所述蜂鸣器发出的蜂鸣音量。

本实用新型提供的分级报警模块12根据颜色和/或蜂鸣音量区分出至少三个不同紧急程度的警报级别，当有某一监测数据超出预警值时，数据处理模块10根据超出程度判断险情紧急程度，再向分级报警模块12发出对应的警报级别指令，井下人员可以根据警报级别采取适当的处置方案，可以帮助井下人员更加精准地采取不同的处置方案，防止错误地估计的险情导致人身财产损失。

进一步地，所述检测预警单元还包括无线通信模块，所述数据处理模块10通过无线通信模块与所述地面监控模块15进行无线通信和远程控制。

进一步地，所述无线通信模块包括地面交换机14、井下交换机13和工业以太环网，所述地面交换机14和井下交换机13通过工业以太环网连接通讯；

所述数据处理模块10电性接入所述井下交换机13。

在另一个具体实施方式中，本实用新型提供的实时安全检测系统装置的工作原理包括：

亮度调节装置根据矿井内的光线亮暗程度进行补光，拍摄装置将矿井内部情况拍摄并传输至数据处理模块10，数据处理模块10将视频数据打包后传输至底面监控模块；同时，压力传感器6、流量传感器7、水位传感器9和负压传感器分别对排水支管3内的水压和流量、水仓1内液位以及水泵5内负压进行实时检测，并将检测结果传输至数据处理模块10，数据处理模块10将视频数据打包后传输至底面监控模块；当各类传感器检测到的某一数据超出预警值时，数据处理模块10根据超出程度向分级报警模块12发出不同的控制指令，进行分级别告警；同时直接控制水泵5的转速和/或电磁阀4开度进行自主排水。

申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种煤矿井下主排水预警的安全检测系统装置，其特征在于，所述安全检测系统装置包括排水控制单元和检测预警单元；

所述排水控制单元包括水仓以及至少两条相互独立的排水主管，所述排水主管上引出两条独立的排水支管并接入所述水仓，所述排水支管上设置有水泵；

所述检测预警单元包括数据处理模块、信息采集模块和地面监控模块，所述信息采集模块电性接入所述数据处理模块，所述数据处理模块与所述地面监控模块无线通信，所述数据处理模块电性连接所述水泵；

所述信息采集模块包括压力传感器、流量传感器和水位传感器，所述压力传感器和流量传感器设置于所述排水支管上，所述水位传感器设置于所述水仓内，所述信息采集模块将采集到的排水支管内的压力数据和流量数据以及水仓内液位数据传输至数据处理模块，所述数据处理模块控制水泵并将数据传输至地面监控模块。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下主排水预警的安全检测系统装置，其特征在于，所述排水支管的出口端设置有过滤器。

3.根据权利要求1所述的煤矿井下主排水预警的安全检测系统装置，其特征在于，所述排水支管上设置有电磁阀，所述电磁阀位于所述水泵的上游；

所述电磁阀电性连接所述数据处理模块，所述数据处理模块监测到所述信息采集模块采集的压力、流量和水位值超过预警线时，向电磁阀发出控制指令，控制电磁阀开度，调节各条排水支管内的水流量。

4.根据权利要求1所述的煤矿井下主排水预警的安全检测系统装置，其特征在于，所述信息采集模块还包括位于水泵内的负压传感器，所述负压传感器用于检测所述水泵内的真空度。

5.根据权利要求1所述的煤矿井下主排水预警的安全检测系统装置，其特征在于，所述检测预警单元还包括视频辅助模块，所述视频辅助模块包括分布于井下水泵处的多个拍摄装置，所述拍摄装置电性连接所述数据处理模块，所述数据处理模块接收所述拍摄装置采集的视频数据并实时发送至地面监控模块。

6.根据权利要求5所述的煤矿井下主排水预警的安全检测系统装置，其特征在于，所述视频辅助模块还包括亮度调节装置，所述亮度调节装置根据矿井内的光线亮暗程度进行补光。

7.根据权利要求1所述的煤矿井下主排水预警的安全检测系统装置，其特征在于，所述检测预警单元还包括分级报警模块，所述分级报警模块电性连接所述数据处理模块，所述数据处理模块监测到各项数据超出预警值时，根据超出程度向分级报警模块发出不同的控制指令，进行分级别告警。

8.根据权利要求7所述的煤矿井下主排水预警的安全检测系统装置，其特征在于，所述分级报警模块包括分别电性连接所述数据处理模块的警报灯和蜂鸣器；

所述警报灯包括不同颜色的灯具，所述数据处理模块根据险情的紧急程度控制警报灯的颜色和/或闪烁频率；

所述蜂鸣器通过音频功放电路电性接入所述数据处理模块，所述数据处理模块通过所述音频功放电路控制所述蜂鸣器发出设定频率段的声频信号，从而控制所述蜂鸣器发出的蜂鸣音量。

9.根据权利要求1所述的煤矿井下主排水预警的安全检测系统装置，其特征在于，所述检测预警单元还包括无线通信模块，所述数据处理模块通过无线通信模块与所述地面监控模块进行无线通信和远程控制。

10.根据权利要求9所述的煤矿井下主排水预警的安全检测系统装置，其特征在于，所述无线通信模块包括地面交换机、井下交换机和工业以太环网，所述地面交换机和井下交换机通过工业以太环网连接通讯；

所述数据处理模块电性接入所述井下交换机。

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