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《中国矿业大学》 2012年
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固体密实充填开采岩层移动机理及变形预测研究

王磊  
【摘要】:综合机械化固体密实充填开采是一种利用固体废弃物密实充填采空区,严格控制岩层和地表移动的绿色开采技术,能够有效的保护水体及地表建(构)筑物的安全,是科学采矿和绿色矿的重要的发展方向。工业实践表明固体密实充填开采是目前最为有效的解放“三下”压煤的采矿技术之一。本文针对目前固体密实充填开采技术理论存在的不足,通过相似材料模拟、实测分析和理论研究相结合的方式,系统研究固体密实充填开采岩层移动机理、地表沉陷预计方法、充填质量控制以及“三下”固体充填采煤设计方法。通过本文的研究,主要取得如下成果: 1)通过文献研究,详细的分析阐述了固体充填开采技术的国内外研究现状。研究表明固体充填开采技术目前尚处于工业性试验阶段,在关键设备的研发和充填工艺设计理论方面取得了一定的进展,但固体密实充填理论技术体系在固体充填料设计理论、岩层移动和地表沉陷机理及其变形预计、覆岩破坏规律及其裂隙带高度计算以及充填质量控制理论方面的研究存在明显不足,需要开展深入研究。 2)通过相似材料模拟和钻孔窥视揭示了固体密实充填开采覆岩破坏规律。固体密实充填开采有效的控制了顶板的垮落,覆岩仅发育一定高度的断裂带,并且覆岩裂隙主要分布在采空区边界上方,中部覆岩裂隙带发育不明显。固体密实充填开采岩体结构类型有散体结构(采空区固体充填体,次要结构体类型)、块状层裂结构(断裂带,次要结构体类型)和较完整的层状结构(弯曲带和采动影响带外岩体,主要结构体类型)。在此基础上通过理论研究,分析了固体密实充填开采、非密实充填开采覆岩破坏机理,并给出了相应的覆岩破坏高度计算方法。 3)建立了固体密实充填开采岩层移动力学模型。根据采动煤系地层的沉积特点,提出了固体密实充填开采两种岩层移动模式:有结构关键层模式和无结构关键层移动模式。通过相似材料模拟分析研究了有结构关键层和无结构关键层情况下固体密实充填开采岩层移动特征。在此基础上,针对无结构关键层岩层移动模式,基于状态空间原理建立了弹粘地基上的叠层梁和叠层板固体密实充填岩层移动模型;针对有结构关键层岩层移动模式,岩层移动模型可有三部分组成,结构关键层弹粘性地基梁模型、结构关键层上方岩体几何移动模型、基岩面上方土体几何移动模型,并分别建立了各子模型。 4)建立了固体密实充填开采地表沉陷预计模型。根据单元层压板力学模型,建立了单元岩板移动微分方程,并给出了在“-函数”三维边值条件下微分方程的解。研究发现基于层压板建立的单元开采影响函数和概率积分法模型在形式上完全一致,但对固体密实充填开采而言概率积分法模型参数的含义与取值和垮落法开采具有一定的差异性。为了稳健预计,通过相似材料模拟和理论研究分析探讨了固体密实充填开采概率积分法模型参数的具体含义和参数求取方法。 5)建立了固体密实充填质量控制框架体系。在详细分析固体密实充填质量影响因素的基础上,从岩层移动控制理论、充填质量设计、充填质量控制以及充填质量监测四个方面建立了固体密实充填质量控制框架体系,并详细研究了固体充填质量控制框架体系中的关键技术。 6)提出了固体充填“三下”采煤设计方法。根据本文建立的固体充填开采岩层移动理论,覆岩破坏计算方法,结合“三下”固体充填采煤的控制目标不同,依据相关技术规范提出了水体下固体充填采煤、建(构)筑物下固体充填采煤的的具体设计方法,并将其用于平煤十二矿建(构)筑物下固体充填试采区,取得了良好的工程实践效果。 该论文有图109幅,表27个,参考文献153篇。
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TD325

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 王磊;张鲜妮;郭广礼;查剑锋;;综合机械化固体充填质量控制的体系框架[J];煤炭学报;2013年09期
2 王磊;张鲜妮;郭广礼;查剑锋;;基于结构关键层的固体密实充填采煤岩层移动模型[J];煤矿安全;2014年03期
3 王磊;张鲜妮;;固体密实充填开采基本顶力学模型研究[J];煤矿安全;2014年04期
4 王伟;王晨龙;弓培林;;超高水材料开放式充填开采围岩成拱特性研究[J];矿业研究与开发;2014年03期
5 王磊;张鲜妮;郭广礼;査剑锋;;固体密实充填开采地表沉陷预计模型研究[J];岩土力学;2014年07期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 杨绿刚;深部大采高充填开采沿空留巷矿压规律及协同控制研究[D];中国矿业大学(北京);2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴侃,靳建明,王卷乐;开采沉陷时序预测技术[J];测绘工程;2001年04期
2 刘松玉,邱钰,童立元,缪林昌;煤矸石的动力特性试验研究[J];东南大学学报(自然科学版);2005年02期
3 卜万奎;李强;徐慧;缪协兴;;条带开采矸石充填控制变形的数值模拟研究[J];矿业安全与环保;2008年02期
4 麻凤海,翟厥成;利用粘弹性原理研究岩层移动下沉[J];阜新矿业学院学报(自然科学版);1992年03期
5 李文秀;梁旭黎;赵胜涛;梅松华;;地下开采引起地表沉陷预测的弹性薄板法[J];工程力学;2006年08期
6 孙凯年;充填采矿法在黄金矿山的应用[J];黄金;1987年03期
7 耿茂兴;尾砂水力充填和尾砂胶结充填系统的应用[J];黄金;2000年02期
8 杨秀瑛,姚香;岩金矿山尾矿应用技术初探[J];黄金;2000年06期
9 杨建永,黄文钿;胶结充填电渗脱水试验研究[J];黄金;1996年03期
10 尹尚先,汪益敏;采矿工作面推进的准动态FLAC数值模拟[J];华南理工大学学报(自然科学版);2003年S1期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 刘书贤;急倾斜多煤层开采地表移动规律模拟研究[D];煤炭科学研究总院;2005年
2 伊茂森;神东矿区浅埋煤层关键层理论及其应用研究[D];中国矿业大学;2008年
3 张吉雄;矸石直接充填综采岩层移动控制及其应用研究[D];中国矿业大学;2008年
4 查剑锋;矸石充填开采沉陷控制基础问题研究[D];中国矿业大学;2008年
5 阎跃观;DInSAR监测地表沉陷数据处理理论与应用技术研究[D];中国矿业大学(北京);2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 史彩霞;开采沉陷动态预计理论及其参数研究[D];河南理工大学;2010年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张慧雄;系统的可靠性计算与分析[J];四川建筑科学研究;1990年02期
2 高荣誉;;高耸构筑物厚地基圆板的混合变分解[J];四川建筑科学研究;2005年06期
3 冷向;关于状态空间方法的一个注记[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);1999年03期
4 吴强,盛宏玉;框架结构在状态空间内的地震反应分析[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2000年03期
5 高荣誉;пастернак地基上横观各向同性叠层厚板的状态空间解[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2000年04期
6 张伟林;计算力学的研究现状与发展前景[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2001年02期
7 高荣誉;多种边界条件下正交异性层合地基厚板的精确解[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2001年04期
8 程显文;陶玲;关群;;各向异性矩形叠层板两种解的对比[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2007年01期
9 薛俊华;余国锋;;远距离卸压开采关键层位置效应初探[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2008年03期
10 张霖;;桃园矿高位钻孔瓦斯抽放参数优化研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2009年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杜宝同;邵朋;;复杂采动影响下巷道围岩变形规律研究[A];2010年安徽省科协年会——煤炭工业可持续发展专题研讨会论文集[C];2010年
2 王玉标;李永斌;;倾斜煤层按不同开采顺序开采对路基的影响分析[A];中国公路学会高速公路运营管理分会2011年度年会暨第十八次全国高速公路运营管理工作研讨会论文集[C];2011年
3 杨玉娟;潘家军;陈云;;堆石料三轴试验中的颗粒破碎研究[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
4 蒋泽泉;王建文;崔邦军;王宏科;;神南矿区隔水层隔水性研究[A];安全高效矿井安全保障技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集(2011)[C];2011年
5 王双明;范立民;马雄德;;生态脆弱区煤炭开发与生态水位保护[A];2010全国采矿科学技术高峰论坛论文集[C];2010年
6 王运敏;胡杏保;孙国权;;崩落法开采顶板岩层冒落规律研究[A];2010'中国矿业科技大会论文集[C];2010年
7 王社平;刘建功;赵庆彪;;以技术创新推进煤矿科学开采[A];第七次煤炭科学技术大会文集(上册)[C];2011年
8 王双明;范立民;黄庆享;王文科;杨泽元;申涛;;榆神府区煤水地质特征与科学开采[A];第七次煤炭科学技术大会文集(上册)[C];2011年
9 张懿;闫志青;;极近距离煤层巷道掘进支护技术研究[A];第七次煤炭科学技术大会文集(上册)[C];2011年
10 任占营;赵国智;王喜富;;矿区铁路开采沉陷等值线自动绘制系统[A];中国职业安全健康协会2007年学术年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李伟;深部巷道围岩稳定性安全控制原理与应用研究[D];山东科技大学;2010年
2 贾瑞生;矿山开采沉陷三维建模与可视化方法研究[D];山东科技大学;2010年
3 母丽华;煤矿安全预警系统的方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 何峰;岩石蠕变—渗流耦合作用规律研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
5 李刚;水岩耦合作用下软岩巷道变形机理及其控制研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
6 张飞燕;高应力高突区域煤巷快速掘进灾害防治技术研究[D];武汉理工大学;2010年
7 任高峰;露井联合开采作用边坡损害机理及控制研究[D];武汉理工大学;2010年
8 闫大鹏;基于D-InSAR技术监测云驾岭煤矿区开采沉陷的应用研究[D];中国地质大学(北京);2011年
9 赵忠明;小浪底库区采空区稳定性研究[D];河南理工大学;2011年
10 张文志;开采沉陷预计参数与角量参数综合分析的相似理论法研究[D];河南理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 姚春雨;黄陵二号煤矿综采工作面采空区瓦斯流动规律数值模拟研究[D];河南理工大学;2010年
2 唐敏;高碳煤矸石与采残煤矿井下生物转化可燃气研究[D];河南理工大学;2010年
3 薛志鹏;断层活化导致井巷破坏的数值模拟分析[D];河南理工大学;2010年
4 贾晓亮;基于FLAC~(3D)的断层数值模拟及其应用[D];河南理工大学;2010年
5 桑培淼;注水强化松软煤壁稳定性的规律及工艺参数研究[D];河南理工大学;2010年
6 黄春光;大倾角“三软”不稳定厚煤层放顶煤开采矿压规律研究[D];河南理工大学;2010年
7 呼庆华;近井筒开采引起覆岩移动变形破坏规律及其治理技术研究[D];河南理工大学;2010年
8 陈轶;浅埋深弱粘结薄基岩采面覆岩层移动规律及支架阻力研究[D];河南理工大学;2010年
9 陈勇;开滦矿区深部开采地表移动规律的研究[D];河南理工大学;2010年
10 宋家勇;安林煤矿炮放面矿压显现规律及顶煤冒放性预测研究[D];河南理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘松玉,邱钰,童立元,缪林昌;煤矸石的动力特性试验研究[J];东南大学学报(自然科学版);2005年02期
2 孙广忠,黄运飞;围岩弱化原理及其分析[J];地质科学;1989年04期
3 ;Analysis on distribution law of the abutment pressure of the integrated coal beside the road-in packing for gob-side entry retaining in fully-mechanized caving face[J];Engineering Sciences;2009年03期
4 马树元,李报,李桂新,才沛廷;高德矿增大水砂充填供水能力的研究[J];阜新矿业学院学报(自然科学版);1991年02期
5 赵才智;周华强;柏建彪;强辉;;膏体充填材料强度影响因素分析[J];辽宁工程技术大学学报;2006年06期
6 何满潮;杨军;齐干;王树仁;;深部软岩巷道耦合支护优化设计及应用[J];辽宁工程技术大学学报;2007年01期
7 赵传卿;胡乃联;;胶结充填对采场稳定性的影响[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2008年01期
8 郑莲琼;陶忠;韩林海;;圆钢管混凝土受压曲杆的力学性能研究[J];工业建筑;2006年11期
9 黄升;秦柏源;;圆钢管混凝土柱与钢筋混凝土柱、钢柱在几个方面的比较[J];华东公路;2010年04期
10 杨志国;于润沧;郭然;;深部高应力区采矿研究综述[J];金属矿山;2007年03期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 何满潮;;深部开采工程岩石力学现状及其展望[A];第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 肖亚宁;潞安矿区沿空巷道三维锚索支护机理及应用研究[D];中国矿业大学(北京);2011年
2 查剑锋;矸石充填开采沉陷控制基础问题研究[D];中国矿业大学;2008年
3 曲天智;深井综放沿空巷道围岩变形演化规律及控制[D];中国矿业大学;2008年
4 张绪言;大采高回采巷道围岩控制技术研究[D];太原理工大学;2010年
5 周保精;充填体—围岩协调变形机制与沿空留巷技术研究[D];中国矿业大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 尹博;沿空留巷矸石巷旁充填体支护性能实验研究[D];河北工程大学;2010年
2 徐乃忠;大采高沿空掘巷底臌机理及控制研究[D];安徽理工大学;2005年
3 马强;深部巷道变形机理及支护技术研究[D];辽宁工程技术大学;2006年
4 刘明;膏体充填开采控制地表沉陷影响因素研究[D];山东科技大学;2008年
5 冯冶;深部矿井回采巷道围岩变形失稳分析[D];西安科技大学;2010年
6 靳俊恒;沿空留巷弧形板结构分析及围岩控制研究[D];安徽理工大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 彭小沾,崔希民,臧永强,王英,袁德宝;时间函数与地表动态移动变形规律[J];北京科技大学学报;2004年04期
2 黄志安;童海方;张英华;李示波;倪文;宋建国;邢奕;;采空区上覆岩层“三带”的界定准则和仿真确定[J];北京科技大学学报;2006年07期
3 葛家新,于丰德,吴侃,周鸣,常江;村庄房屋变形和裂缝规律研究[J];测绘工程;1998年02期
4 陈基伟;利用GPS-InSAR合成方法进行地面沉降研究的现状与展望[J];测绘科学;2003年04期
5 独知行;阳凡林;刘国林;温兴水;;GPS与InSAR数据融合在矿山开采沉陷形变监测中的应用探讨[J];测绘科学;2007年01期
6 谭志祥,邓喀中,白振明,王宗盛,孙新民;综放开采地表移动变形规律实测研究[J];测绘通报;2003年09期
7 王旭华,陈雄,赵德深;指数平滑法在建筑物变形预测中的应用[J];测绘通报;2004年03期
8 刘国林,张连蓬,成枢,江涛;合成孔径雷达干涉测量与全球定位系统数据融合监测矿区地表沉降的可行性分析[J];测绘通报;2005年11期
9 张继超;宋伟东;张继贤;张冬梅;;PS-DInSAR技术在矿区地表形变测量中的应用探讨[J];测绘通报;2008年08期
10 罗小军;黄丁发;刘国祥;;基于永久散射体雷达差分干涉测量的城市地面沉降研究——以上海地面沉降监测为例[J];测绘通报;2009年04期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 钱鸣高;许家林;缪协兴;;岩层控制的关键层理论及其应用[A];21世纪中国煤炭工业第五次全国会员代表大会暨学术研讨会论文集[C];2001年
2 王永秀;;数值模拟在综放开采矿压分析中的应用研究[A];采矿工程学新论——北京开采所研究生论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 程晓;基于星载微波遥感数据的南极冰盖信息提取与变化监测研究[D];中国科学院研究生院(遥感应用研究所);2004年
2 蓝航;节理岩体采动损伤本构模型及其在露井联采工程中的应用[D];煤炭科学研究总院;2007年
3 张吉雄;矸石直接充填综采岩层移动控制及其应用研究[D];中国矿业大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 谢胜华;地表厚土层浅埋煤层覆岩运动与破坏规律研究[D];西安科技学院;2002年
2 吴风华;GPS在地籍测绘中的应用研究[D];武汉大学;2003年
3 刘腾飞;浅埋煤层长壁开采隔水层破坏规律研究[D];西安科技大学;2006年
4 刘鹏亮;邢东矿充填巷式开采数值模拟与现场实测研究[D];煤炭科学研究总院;2007年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;简讯[J];矿山测量;1983年01期
2 乔兰,李长洪,蔡美峰;某金矿岩层移动现场监测及其与工程地质条件关系的研究[J];中国矿业;1999年01期
3 付宝祥;周旭;;岩层移动造成公路路面变形的分析[J];黑龙江交通科技;2008年07期
4 王强;郭广礼;;基于GM(1,1)模型的岩层移动预测[J];金属矿山;2010年02期
5 В.А.萨佐诺夫;Д.И.索西克;王维德;;用电测法探查岩层移动和局部冒落[J];矿业工程;1989年02期
6 许宏发;金丰年;;空区顶板岩移观测设计[J];工程兵工程学院学报;1999年02期
7 尹光志,张卫中,张东明,蔡侯荣;煤矿开采岩层移动的相似模拟实验及数值分析[J];矿业安全与环保;2004年02期
8 Ю.А.卡西尼柯夫;于万波;;地下开采厚层矿体时的岩层移动[J];矿山测量;1989年02期
9 王怀文;周宏伟;左建平;王志国;谢和平;;光测方法在岩层移动相似模拟实验中的应用[J];煤炭学报;2006年03期
10 李庆明;张军;雷红艳;;开采下部厚煤层对上部煤层破坏程度的数值模拟[J];煤矿安全;2010年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 狄乾生;隋旺华;;煤矿浅部采空区岩层移动规律性研究[A];全国第三次工程地质大会论文选集(上卷)[C];1988年
2 王振安;;岩层移动钻孔观测法在我国矿山的应用[A];地下工程经验交流会论文选集[C];1982年
3 张向东;张兴文;;岩层移动与地表沉陷的有关理论[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(下册)[C];2001年
4 于政喜;范学理;;地下开采引起的岩层移动性态的探讨[A];第一届全国岩石力学数值计算及模型试验讨论会论文集[C];1986年
5 李庶林;桑玉发;周辉;王泳嘉;;灰色预测和时序组合预测模型在岩层移动中的应用[A];面向国民经济可持续发展战略的岩石力学与岩石工程——中国岩石力学与工程学会第五次学术大会论文集[C];1998年
6 蒋斌松;毕卫国;;开挖倾斜煤层引起的地表移动解析[A];第五届全国结构工程学术会议论文集(第三卷)[C];1996年
7 张庆松;高延法;刘松玉;;覆岩结构破坏度模型及其应用研究[A];中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集(下册)[C];2003年
8 张文志;邹友峰;;开滦矿区厚松散层地表岩移参数规律研究[A];中国软岩工程与深部灾害控制研究进展——第四届深部岩体力学与工程灾害控制学术研讨会暨中国矿业大学(北京)百年校庆学术会议论文集[C];2009年
9 杨帆;俞昶兴;;急倾斜煤层采动覆岩变形机理的三维数值模拟研究[A];全国“三下”采煤学术会议论文集[C];2008年
10 孙海涛;胡千庭;林府进;;地面钻井变形破坏的相似模拟试验研究[A];自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集(1)[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前4条
1 盘县断江煤管站 谭旭;浅谈煤矿开采沉陷防控技术[N];贵州政协报;2008年
2 陈贞彬 王龙;曹庄矿减压灭矸防水一举多得[N];中国煤炭报;2011年
3 山西焦煤西山煤电集团公司屯兰矿 仝金厚;论煤矿开采沉陷防治和控制的技术[N];科学导报;2010年
4 王玉琴;打通一矿优化设计 西二风井煤柱创收2亿元[N];经理日报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张吉雄;矸石直接充填综采岩层移动控制及其应用研究[D];中国矿业大学;2008年
2 孙海涛;采动影响下地面钻井的变形破坏机理研究[D];重庆大学;2008年
3 黄艳利;固体密实充填采煤的矿压控制理论与应用研究[D];中国矿业大学;2012年
4 王明立;急倾斜煤层开采岩层破坏机理及地表移动理论研究[D];煤炭科学研究总院;2008年
5 黄平路;构造应力型矿山地下开采引起岩层移动规律的研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2008年
6 郝兵元;厚黄土薄基岩煤层开采岩移及土壤质量变异规律的研究[D];太原理工大学;2009年
7 夏小刚;采动岩层与地表移动的“四带”模型研究[D];西安科技大学;2012年
8 李振华;薄基岩突水威胁煤层围岩破坏机理及应用研究[D];中国矿业大学(北京);2010年
9 易四海;特厚急倾斜煤层水平分层开采地表沉陷规律研究[D];中国矿业大学(北京);2009年
10 李培现;深部开采地表沉陷规律及预测方法研究[D];中国矿业大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王少林;金属矿厚大矿体开采岩层移动与地压监控技术研究[D];长沙矿山研究院;2011年
2 刘杨;五家矿四井开采对平庄西露天工作帮岩层移动影响研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
3 付俊;金属矿山急倾斜薄矿体开采岩层移动及地表影响研究[D];长沙矿山研究院;2014年
4 黄海新;岩层与地表移动的计算机仿真[D];辽宁工程技术大学;2002年
5 刘敏;重复采动下多层矿采场应力及岩层移动规律研究[D];武汉理工大学;2013年
6 魏秀泉;石人沟铁矿地下开采引起地表沉陷数值模拟[D];河北理工大学;2005年
7 刘杰;缓倾斜中厚矿体房柱法开采覆岩层移动规律研究及采场结构优化[D];湖南科技大学;2012年
8 张建星;枣泉煤矿T-2火烧区下开采岩层移动规律研究[D];西安科技大学;2009年
9 尹忠昌;采动影响下地面瓦斯抽放钻孔破坏机理研究[D];山东科技大学;2008年
10 刘俊萍;平庄西露天矿露井协调开采相似材料模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2011年
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