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文档简介

1、分类号: 密级:UDC: 编号:四川达竹煤电(集团)有限责任公司金刚煤矿科学技术报告金刚煤矿大倾角中厚煤层工作面综采工艺推广应用主研人员 涂兴东 李 明 曾 文 谢金洪饶益信 刘鹏飞 张 伟 童 嵩工作完成日期:2013年12月报告提交日期:2013年12月金刚煤矿大倾角中厚煤层工作面综采工艺推广应用 摘 要:本文主要介绍了大倾角中厚煤层工作面综采工艺在金刚煤矿-4111工作面的推广应用,针对大倾角中厚煤层工作面不同地质条件,提出了针对性的解决办法。详细阐述了工作面中部遇褶曲构造及风巷层位问题给开采带来的技术难题和解决方案,成功快速解决了工作面倒架咬架问题和风巷支护问题,为类似条件工作面开采积

2、累了宝贵经验。关键词:大倾角中厚煤层 综采工艺 推广应用1煤层地质特征1.1采区外连煤层情况煤层情况表1-1煤层厚度(m)平均2.2(含硬心炭)煤层结构外连与内连中间夹深灰色泥岩夹煤线与软煤煤层倾角()2734开采煤层硬度1.0煤种1/3JM稳定程度稳定煤层情况描述煤层较为稳定,厚度:平均2.20m,内连与外连煤层夹矸0.20.4m,上内连与下内连夹矸0.20.5m,采高2.3m2.8m;煤层倾角: 最大34,最小27,平均倾角:31。1.2 煤层顶、底板情况煤层顶底板情况表1-2顶底板名称岩石名称厚度(m)岩性特征老顶石英砂岩13.2中粒砂岩,含大量黑色矿物,俗称“芝麻砂岩,含泥质包体和少量

3、菱铁矿结核。直接顶砂质泥岩1.62深灰色泥岩、砂质泥岩,夹煤线两层,下部为泥岩。直接底砂质泥岩2.68深灰色泥岩。老底中粒砂岩52.2灰白色细至中粒砂岩。1.3采区内地质情况 1.3.1构造-4111工作面构造简单,属中山背斜西翼,煤层大体向西北倾斜(产状:31531),机、风巷掘进过程中共揭露了2条逆断层,对面回采的影响不大,根据-4111开切眼揭露,工作面中部有褶曲构造,造成工作面中部倾角变小。6-33xj1.3.2水文地质情况 -4111工作面老顶为 T6-13Xj中粒砂岩属号含水层是主要充水来源。当前风巷与4115机巷联络巷的位置有有100m3 /d左右的涌水,应为上阶段采空裂隙导地面

4、的下渗水,回采时有稍许影响。在北段上邻4126工作面采空区,原在此区域回采4126工作面时,受到水害影响,其涌水经过联络巷进入-4111风巷,对今后回采也存在一定影响。地表由于是山坡地,倾角较大,除了微量的下渗地表水外,其他对回采无影响。1.4 瓦斯、煤尘情况煤层瓦斯含量较低,矿井为瓦斯矿井,煤尘具有爆炸危险性。1.5 -4111工作面储量及服务年限一、 工作面储量:可采储量=( S1+ S2+ S3 +S4)rh95% =(2939 m2+ 34245 m2+30316 m2+13799 m2)1.35 t/m1.9m95% =81299 m21.35 t/m1.9m95% =198105t

5、式中 S为块段面积 m2;r为煤的密度t/m;h为工作面内平均煤厚m;95%为工作面回采率。二、 服务年限:工作面的服务年限=可采储量设计月产量=19.81万吨2.04万吨/月=9.7月附图1-1:煤层综合柱壮图2三机配套的选型液压支架高度由开采煤层厚度、工作面采高、支架搬运过程中的巷道条件和液压立柱的伸缩比等确定。为适应煤层厚度变化,防止局部冒顶等情况下支架发生顶空现象,保证支架正常支护,最大高度应比工作面最大采高大200400mm。金刚矿-4111工作面所在采区煤层厚度按1.93.0m考虑,并考虑以后-411采区的煤层壮况,确定支架的最大高度为3.2 m。在保证支架最大高度3.2m的前提下

6、,根据立柱可实现的伸缩比范围,确定支架的最低高度。最低高度可降到1.4m。决定选用ZQY3000/14/32大倾角二柱掩护式液压支架,采煤机采用MG250/600-AWD1型交流变频电牵引采煤机, 刮板输送机采用SGZ730/320型铸造刮板输送机运煤。3.1 ZQY3000/14/32大倾角二柱掩护式液压支架主要技术参数及主要特点3.1.1ZQY3000/14/32型大倾角掩护式液压支架主要技术参数(一架支架立柱、千斤顶数量,其中防倒,调架千斤顶为一套支架数量):(1)支 架: ZQY3000/14/32工作面支架 高 度: 1.43.2m 宽 度: 1.43-1.6 m 长 度: 4.57

7、15.355m 中 心 距: 1.5m 初 撑 力: 21972560kN 工作阻力: 25192935kN (P=36.12MPa) 支护强度: 0.460.52MPa (H=1.73.0m) 对底板比压: 0.411.58MPa (H=1.73.0 m)(前端)适应煤层倾角: 45 操纵方式: 邻架控制,先移架后推溜 泵站工作压力: 31.5MPa 重 量: 12.3t (2)立 柱: 双伸缩立柱,2根 缸径(大/小): 230/180mm 柱径(大/小): 220/160mm 初撑力: 1308kN 工作阻力: 1500kN(P=36.12MPa) (3)平衡千斤顶: 普通,2根 缸 径

8、: 125mm 活 塞 杆: 70mm 初撑力(推/拉): 385/265kN 工作阻力(推/拉): 417/304kN(P=34/36.12kN) (4)推移千斤顶: 倒装1根 缸 径: 160mm 活 塞 杆: 105mm 行 程: 700mm 初撑力(推/拉): 360/633kN (5)调架千斤顶: 普通,共20根 缸 径: 125mm 活 塞 杆: 70m 初撑力(推/拉): 386/265kN (6)侧推千斤顶: 普通,3根 缸 径: 63mm 活 塞 杆: 45mm 初撑力(推/拉): 98/48kN (7) 调架梁千斤顶: 活塞杆供液式, 2根 缸 径: 63mm 活 塞 杆:

9、 45mm 初撑力(推/拉): 98/48kN (8)防倒千斤顶: 普通,共10根 缸 径: 125mm活 塞 杆: 70m初撑力(推/拉): 386/265 kN(9)调推杆千斤顶: 活塞杆供液式,1根 缸 径: 100mm 活 塞 杆: 70m 初撑力(推/拉): 247/126 kN 3.1.2液压支架结构特点与要求3.1.2.1液压支架设计与制造执行“MT312-2000液压支架通用技术条件”标准。3.1.2.2移架步距630mm,推移机构为千斤顶倒装长推杆形式。3.1.2.3支架顶梁采用刚性整体式结构。3.1.2.4顶梁及掩护梁设置双侧侧护板,出厂时按左向工作面组装。3.1.2.5安

10、全阀流量采用100L/min,立柱、推移操纵阀采用200L/min流量。3.1.2.6工作面进液采用31.5D高压胶管,回液采用B40胶管。支架主进液采用19。3.1.2.7支架顶梁、底座设防倒防滑座。3.1.2.8十字头与运输机之间采用销轴连接式。3.1.2.9确保同一部位的销轴具有互换性,组焊后的装配孔整体镗孔。3.1.2.10立柱、千斤顶的密封选用聚氨酯材料。3.1.2.11底座不封底,底座设双侧调架梁。3.1.2.12配套311采区时,增加推杆加长段,保证梁端距。在411采区时,取消推杆加长段。3.1.2.13支架顶梁上设置架前挡板安装座。3.1.3支架用材3.1.3.1支架结构件材料

11、中Q550为40%,Q460为50%,Q345为10%。3.1.3.2各铰接销采用30CrMnTi,30销轴以下采用40Cr材料。3.1.3.3无缝钢管采用27SiMn.3.2采煤机选型-4111采煤工作面在用采煤机为MG250/600-AWD1型交流变频电牵引采煤机。从截高、功率、性能考虑,该型采煤机截高1.6-3.2m,装机功率2150+75KW,性能优越,能满足工作面生产能力的需要,因此确定使用。3.3刮板输送机选型根据工作面及支架情况并结合其它矿井综采配套情况,确定选用SGZ730/320型铸造刮板输送机运煤。4工作面安装4.1综采工作面开切眼布置开切眼沿煤层的倾向布置,宽为5.5m,

12、高为工作面采高,支护采用等强度树脂锚杆加锚网、锚索进行联合支护。其锚杆长度为 2.3m,用二节树脂药卷进行锚固;锚索采用15.24mm的钢绞线,长5.4m,用三节树脂药卷进行锚固;锚网采用10号的铁丝制成1.8m*5.5m的棱形网。4.2 液压支架的运输4.2.1支架在31110工作面回撤后,经过采煤二队队干检查液压支架完好状况,完好的运到-4111工作面,需要检修的运到地面。液压支架运输前降低至最小运输尺寸,封堵好各液压管接头,同时将支架主进、回液管的两端插入本架断路阀的接口内,使架内管路系统成为封闭状态。凡需要拆开运送的零部件应将其装箱编号运送,以防丢失或混乱。不得使软管或其它零部件露出架

13、体外,以防运送时挂坏。4.2.2支架在主平巷由运输队专职司机操作,运行速度不得超过2米/秒;其后加挂两个空矿车,并设专职人员进行监护,监护人员站在尾车上,发现问题时必须及时发出信号;同时,司机必须随时注意监护人员可能发出的信号。4.2.3在倾斜巷道和弯道运输时要注意安全,防止出现跑车、掉道、卡车等运输事故。运输过程中,不得以支架上各种油缸的活塞杆、阀杆以及软管等作为牵引部位,不得与溜槽、工具等相互紧靠,以防止碰坏这些部件。4.2.4 采区斜坡回柱机必须固定专人操作,提升支架时只能使用慢速档,必须严格执行相关规定,必须全面检查绞车的稳固性及钢丝绳、大钩绳卡、操作机构、信号及安全保护装置以及轨道质

14、量,确认无误后方可使用,严禁放飞车,严禁超拉超挂,并严格执行“行人不行车、行车不行人”的规定; 4.2.5 液压支架在工作面上出口下道采用回柱绞车拖移液压支架至平板车相同高度的水泥平台既可. 4.3液压支架的安装与调试4.3.1工作面运输采用一台JSDB-19绞车,一台JH14绞车, 液压支架在工作面行走主要靠自重向下滑移, JSDB-19绞车吊着液压支架慢速向下滑移, JH14绞车连接在液压支架尾部,通过导向滑轮调整液压支架的方向, 液压支架向下滑移至安装位置后,JH14绞车拉液压支架尾部, JSDB-19绞车松绳,这样“一拉一松”, 液压支架就安装到位,见:支架安装示意图 4.3.2拖拉过

15、程中,严禁将钢丝绳拴挂在支架的易损部位或部件上,要随时注意支架与周围支护情况,严防碰倒支护柱。拖拉时,绳头与支架必须连接可靠,拖拉钢丝绳两侧不得有人;变向拖拉时,必须有导向滑轮,同时变向三角区内严禁有人。4.3.3支架初次供液前,必须保证管路连接良好,其中工作面机尾处第一架支架必须用40、32和25专用堵头进行堵塞以防止进、出液和防尘水的泄漏,将手把全部打在零位,所有人员撤出支架及周围,防止阀组窜液、误动而伤人。4.3.4安装好一架后同时安装刮板输送机中部槽,防止液压支架与刮板输送机错位。附图4-1:支架安装示意图5工作面试生产5.1 工作面基本条件工作面走向长695m,采长130m,平均采高

16、2.5m(见工作面布置图),工作面使用ZQY3000/14/32大倾角二柱掩护式液压支架,MG250/600-AWD1型采煤机,SGZ/730/320型刮板运输机。5.2 生产工艺流程本工作面采用走向长壁式采煤法,回采顺序为区内后退式。根据煤层赋存条件和三机配套设计。ZQY3000/14/32型急倾斜掩护式液压支架适应高度,确定工作面最大采高3 m,最小采高1.8 m。煤层厚度在3 m内采全高,煤层厚度小于1.8 m时卧底,大于3 m时留底煤开采。回采工艺流程为:割煤降架移架升顶梁推溜。 5.2.1割煤:工作面采用MG250/600-AWD1型采煤机进行割煤。进刀方式:采取割三角煤斜切进刀的方

17、式。选用采煤机自开缺口,端头斜切进刀方式:即采煤机运行至工作面端部,采煤机后方输送机有2025m一段未能推进煤壁。为了工作面正常推进,采煤机必须斜切进入正常煤壁,其斜切进刀过程如下:调整上、下滚筒的相对位置,采煤机沿运行方向经过输送机的弯曲段进入直线段,使滚筒切入煤壁;推移输送机弯曲段和机头将输送机顶直;再调整两滚筒的相对位置,向工作面端头运行,同时割三角煤;再调整两滚筒的相对位置,反向运行割煤,在采煤机后一定距离推移输送机,开始下一刀的截割。附图:5-1 -4111工作面平面布置图315.2.2移架在采煤机割煤后,滞后采煤机后滚筒69m及时移架,移架步距0.6m。工作面正常情况下,支架采取降

18、柱移架,降柱不得超过100mm,以能移动支架为宜。但在顶板破碎、压力大或顶板条件差的情况下可采取擦顶移架,割煤后要随机移架,若移架速度较慢,必须停机移架;从下向上拉架移溜的操作方式:在移下出口机尾架及溜子拉架时,必须是先拉5、4、3、2、1号支架(注意用好排头5架支架的防倒防滑千斤顶,防止支架底座及支架的探梁下倒下滑),在拉6#架以上的支架,则按顺序往上拉架。5.2.3推溜机组割煤后,滞后采煤机后滚筒1015m移溜,弯曲段长度不小于15m,推溜要做到平、直、稳。移工作面溜子机头、机尾时,顶板必须支护好。5.3倒架、压架处理5.3.1工作面局部地方煤层倾角较大,可能存在倒架问题,因此在回采时一定

19、要加强防倒装置的应用。5.3.2遇有压架时,可用单体支柱把支架抵开。抵架时,在支柱上下必须垫木块,以防支柱滑脱。5.3.3在回采期间,尽可能将工作面调成仰斜开采,即机头超前机尾512m,防止工作面输送机和支架下窜。5.4控顶距 根据支架的型号及允许的端面距,结合本工作面实际情况,确定本工作面最小控顶距为3.93m,最大控顶距为4.53m,割煤进度0.60m,放顶步距0.60m,全部陷落法处理采空区。附图:5-4 工作面控顶距示意图 根据国家煤矿安全监察局制定的煤矿安全质量标准化标准及考核评级办法规定:综采工作面最大端面距为340mm。5.5液压支架操作安全技术措施移架,坚持小降快拉,立即支护的

20、原则,做到“快、匀、够、正、直、稳、严、净”。即:各种操作要快;移架速度要均匀;移架步距要符合作业规程规定;支架位置要正,不咬架;各组支架要排成一直线;支架、刮板输送机要平稳牢靠;顶梁与顶板接触要严密不留空隙;煤、矸、煤尘要清理干净。5.6正常移架操作顺序5.6.1 降立柱使顶梁脱离顶板、并收回侧护板。5.6.2 收回推移千斤顶。5.6.3使支架推移千斤顶与刮板输送机保持垂直,支架不歪、不斜,架中心距符合规定。5.6.4 升立柱,同时调整平衡千斤顶,使顶梁与顶板严密接触后持续供液约3-5S,以保证初撑力达到规定值。5.6.5 伸出侧护板使其紧靠相邻支架。5.6.6 将各操作手把恢复零位。5.7

21、移架安全技术措施5.7.1支架操作工应熟悉支架的结构、液压控制系统动作原理及拆装顺序,并持证上岗。5.7.2 保持支架内外整洁,及时清除浮煤、浮矸及杂物。5.7.3 移架前必须清除影响移架的障碍物,检查管路,不得被矸石挤卡和埋压。5.7.4 移架时顶梁不宜下降太多,一般1520mm即可。顶板破碎时,采用“带压擦顶”移架方式,少降快拉,升架时进行憋压,以保证支架升到位,初撑力达到要求,以减小对顶板的破坏。5.7.5移架时速度要快,要随时调整支架,不得歪斜,架间距保持在规定的范围内。移架后必须成一条直线。移架采用追机作业,移架距离采煤机后滚筒4至6架,若移架速度赶不上采煤机运行时,要控制采煤机速度

22、。如果顶板破碎则必须停机移架或超前移架。5.7.6 移架时要注意观察、保护管路和电缆,防止挤坏、拉断或折成死弯。5.7.7 移架工应站在底座上,面向煤壁操作,严禁蹬在底座前以及上下相邻支架间。移架前其前方和两侧不得有任何人工作或停留,并时刻注意架间掉矸。5.7.8 要经常观察顶板情况,支架与顶板接触要严密,升柱后要达到支架的初撑力。5.7.9 支架移架过程中,支架尾部下滑、并且架间漏矸的处理方法:首先割煤由机尾向机头方向割煤;其次是移架由机尾向机头方向移,逐步使支架与刮板运输机垂直;三是要用好侧护板。移架时支架下降高度不能高于下一架的侧护板,靠侧护板的侧向推力将支架上移。5.7.10 支架咬架

23、的处理:将咬架支架上方23架支架的侧护板收拢,用单体液压支柱将支架由下而上移动,并将支架移正,消除咬架现象然后再打开支架侧护板,给支架供液,使支架上升并接顶。5.7.11顶梁前端到煤壁、输送机到煤壁的距离要符合规定,以防采煤机割顶梁和铲煤板。推移输送机必须在距采煤机10m以外进行,弯曲长度不得小于15m,严禁出现急弯。移过后必须成一直线。5.7.12 支架操作完成后,手把必须打至零位。5.7.13 要经常检查油管、 接头、管路、支柱是否漏液和自动卸载,情况严重的,必须先临时支护。5.7.14处理支架漏液时必须将操作阀置零位, 同时关闭本架高压截止阀,然后方可拔插油管,禁止用铁丝代替U型销。5.

24、7.15 拔插管接头和拆卸其它零部件时,禁止用锤、铲、钎硬行敲打。5.7.16 更换主阀及立柱时,应提前做好顶板支护工作,同时用单体支柱和木料将支架顶梁撑住,然后方可降架。降架后临时支柱无问题后方可拆卸主阀及立柱。5.7.17 支架拉不动或升不起来时,要详细检查和分析原因,不能随意使用增压器进行工作,以免损坏设备。5.8使用采煤机组的安全技术措施5.8.1 本采煤机组由煤壁侧的两个滑靴和老塘侧的两个导向滑靴分别支撑在工作面刮板输送机上的槽帮和销轨上,采用销轨式牵引。使用液压制动器制动防滑。5.8.2 工作面刮板输送机的机头、机尾架上,要求机头的防滑柱不少于2根、机尾的防滑柱不少于1根,且随时加

25、强检查,确保牢固可靠。在保证安全的前提下方可按规定试运行机组。5.8.3 工作面刮板输送机必须保持平、直、稳,槽板掉销、缺角要及时更换,防止出现机组掉道等故障。5.8.4 机组上必须装有停开刮板输送机的闭锁装置且随时保持灵敏可靠,以便机组遇险情时能及时停止刮板输送机运行。5.8.5 移机头、机尾时必须停止刮板输送机与机组运行,待移机头、机尾工作完且支设好稳固支柱后,刮板输送机与机组方可运行。5.8.6 机组通过构造带时,不得使用机组强行切割顶、底板岩石,必须制定措施采取先爆破落煤,机组装煤,机组挖顶、底板。行车速度合理调整,发现异常必须紧急停车,处理好后方可继续割煤。5.8.7 煤层较硬时必须

26、放慢机组运行速度。5.9割煤机割架的原因及处理方法原因:煤壁不直、超挖严重、刮板输送机未移到位或仰采所至。其处理方法如下:处理方法5.9.1采取不定点进刀,调整采长,将煤壁调直;5.9.2将支架端面距由340mm调至420mm左右即可,但影响产量;5.9.3用木楔子将刮板输送机垫平,木楔子每10m15m垫一块,但此法易损坏刮板输送机和支架。5.9.4机组割煤时必须实行内外喷雾防尘,无喷雾时禁止割煤。5.9.5 割煤时,移架人员必须距离割煤机3m以上的安全距离。5.9.6 遇有下列情况之一时,要及时停机进行处理。顶板和煤壁有不安全因素时;溜槽错口较大,影响机组通过时;机器响声不正常;机道宽度不够

27、时;工作面刮板输送机内发现大块煤矸、杂物或有浮链时;工作面刮板输送机和机组闭锁装置失灵时;供水系统无水或喷雾装置有故障时;盘放电缆、水管等工作跟不上或辅助工作跟不上时;移架工作跟不上或其它危及安全时;无截齿时;或有其它故障。5.9.7 维修机器、更换截齿:必须切断电源,并断开磁力起动器将开关闭锁。且必须先对该段顶帮进行认真检查并挂梁支护,保证维修人员的安全。5.9.8机组运行时,司机身体不得进入机道内,防止卡住身体或挤伤。5.10工作面刮板运输机运行的安全技术措施5.10.1 工作面刮板输送机司机开机前,必须严格认真检查起动按钮及信号按钮是否灵活可靠,且开刮板输送机前,必须先发出开溜信号,待信

28、号反馈后方准开刮板输送机,且必须先短开至少2次,每次间隔时间不低于30s,无异常情况方可正常起动刮板输送机。5.10.2 电钳工必须加强设备的保养维护,杜绝失爆,保持设备完好。5.10.3 工作面刮板输送机司机必须随时注意工作面内的情况,有问题时,必须及时停止刮板输送机运行,问清情况,确认允许开溜后再启动刮板运输机。5.11工作面推移刮板输送机5.11.1 检查支架推移千斤顶与刮板输送机挡煤板连接装置,必须牢固可靠,方可操作。5.11.2 刮板输送机推移前,确保铲煤板与煤壁间无影响刮板输送机前移的台阶、无矸石或残物料堆积。5.11.3 推移工作面刮板输送机:推移点与采煤机后滚筒应保持不少于12

29、-15距离,弯由段不小于15。5.11.4 移设后的刮板输送机要做到:整机安设平稳,开动时不摇摆,机头、机尾和机身要平直,电动机和减速器的轴的水平度要符合要求。5.12刮板输送机移不到位的原因及处理方法原因:一是煤壁不直;二是底座槽板内积矸太多。处理方法:若是煤壁不直采用上述方法处理;若是底座槽板内积矸太多导致刮板输送机移不到位:一是采用人工将积矸清理干净,二是对支架底座下方进行处理,使其有足够的空间,让积矸随支架向前推进而不断甩向采空区。6工作面试生产过程中出现的问题及解决办法6.1工作面中部褶曲构造带出现液压支架倒架咬架由于工作面中段煤层倾角变化大,该段属于褶曲地质构造地带,顶板为破碎的泥

30、岩,底板较软,在采煤机割煤进刀深度不够,支架反复支撑顶板,破坏顶板的完整性,垮落的大矸压在支架的一角导致支架挤架、咬架和倒架等问题,致使工作面无法推进,必须进行处理。6.1.1液压支架倒架咬架处理方案在工作面煤壁向工作面顶板施工锚索,锚索与煤壁成30左右夹角,锚索间距0.8m,排距0.6m,并在锚索下锚固11#工字钢,工字钢如图一所示。在工字钢搁好后在工字钢上沿走向铺满背材后再用锚索机对锚索进行紧固。在垮落段打好锚索并紧固后,根据现场情况采用爆破或采煤机割煤的形式破煤。破煤深度0.6m,沿倾向长1.5m。破煤后及时拉架支护顶板。重复操作,直到支架完全进入完整顶板且接顶状况良好为止。附图:6-1

31、 工字钢示意图附图:6-2 褶曲段剖面图6.1.2液压支架倒架咬架处理效果经过半个月处理,液压支架倒架咬架处理完毕,效果较好,以后在开采过程中一定要保证刮板输送机的平直,同时移架必须擦顶移架,确保顶板不被破坏,确保液压支架的工作阻力达到要求。一旦以后再次出现倒架咬架的情况,必须及时处理,不能像倾角小的工作面那样拖起走。6.2工作面上下出口支护问题-4111工作面机巷为拱形巷道,给下出口施工带来一定难题,同时采高和倾角较大,四对八梁使用非常困难,同时-4111风巷由于巷道层位与工作面层位不同,导致机尾与巷道形成坎,和机尾巷很高,导致机尾支护非常困难。6.2.1上下出口及端头区支护解决方案6.2.1.1由于风巷施工时将伪顶全部取完,风巷顶板、底板均比工作面高1m以上,导致上出口支护困难,严重制约了

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