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文档简介

⑤封闭不良钻孔以往详查及勘探过程中的所有钻孔都未进行钻孔启封试验,封孔质量不明。如果有封闭不良钻孔存在,它们可能成为沟通地表水、地下水与矿井的通道。第三节水害基本类型及危害程度造成矿井水害的水源有大气降水、地表水、地下水和老空水。其中地下水按其储水空隙特征又分为孔隙水、裂隙水和岩溶水等。根据水源分类,矿井水害分为:地表水水害、老空水水害、孔隙水水害、裂隙水水害和岩溶水水害等。根据本矿井的具体实际,对其可能形成的水害类型分析如下:(1)大气降水:是主要的充水水源。含煤地层裸露,直接接受大气降水补给,其直接充水强度和降水的强度及持续时间有着密切联系,大气降水对矿井威胁程度较大。(2)老窑水:区内老窑和小煤矿分布广泛,且开采历史悠久,老窑采空冒落造成地表开裂、塌陷,导致地表水由裂隙渗入蓄积。经调查,老窑大多有积水,老窑水对矿井威胁程度严重,矿井应重点防范。(3)滑坡水:滑坡体岩石较破碎,具有良好的透水性,特别是雨季泉水流量猛增。因此,开采滑坡体下伏煤层或布置大巷时,应注意采取措施,防止滑坡水浸入。通过分析,本矿滑坡水对矿井威胁程度不大。(4)矿井直接充水层:含煤地层含、隔水层呈间互状,含水性弱,但具一定的承压性,开采时,如不做好排水准备将直接影响矿井生产和安全,矿井直接充水层对矿井影响不大。(5)断层带水:正断层较逆断层导水性略强,本矿断层导水性较弱,由于本矿构造复杂,故断层带水对矿井的水害威胁较大。(6)含水层、强含水层:区内主要岩溶含水层为茅口组(P2m)碎屑岩溶含水层,本矿含水层虽然与含煤地层有一定厚度的地层隔开,但当断层切割并使其与含煤地层接触时,开采这些地段也容易出现隐患。加强对断层的探查,当井巷掘进至断层附近时,首先采用超前探测技术对断层进行探测,初步确定断层位置,再采用钻探进行验证,精确探查其落差、倾角和水文地质性质。在对断层探查的基础上针对断层留设防水煤(岩)柱,以及设计巷道过断层的技术方案。第四节水文地质类型井田内有百车河,溪沟发育,且雨季流量较大,在自然状态下是地下水补给河水,河流、溪沟是地下水的排泄地带;本区以充水水源以大气降水为主,充水方式以裂隙充水为主,水文地质类型为中等类型。第五节矿井涌水量预计由于矿井正在建设中,所收集到矿井实测涌水量资料于开采煤层时可比性不强,所以本次预算,将引用2010年02月贵州省煤矿设计研究院编制的《水城县阿戛凉水沟煤矿生产地质报告》老井的涌水量来作为本次预算的依据。一、矿井涌水量的相关因素及规律《水城县阿戛凉水沟煤矿生产地质报告》实地调查主要在矿井内水仓处测试矿井的实际涌水量,结合业主对矿井涌水量的长期观测和统计数据分析。矿井有顶板淋水、滴水现象,停采后多有积水,甚至与大气降水有水力联系。随着开采深度的增加,井下涌水量将会随之增大。二、矿井涌水量预计的方法、依据及结果本矿区煤系地层含水性弱。根据业主提供资料及本次实地调查,(原)怀亮煤矿井下最大涌水量为60m3/h,正常涌水量为15m3/h。考虑本矿区湿度大,降水量集中,雨季长,细雨频繁的特征采用比拟法预算年平均、雨季平均、雨季月最大平均的矿坑涌水量。该矿是以斜井开拓,主采C12号煤层,(原)怀亮煤矿主井井口标高1669.247m,开采煤层底板标高+1500m。本次采用比拟法计算矿井涌水量如下。1、计算公式:Q=Q1×[H×(S÷S1)0.5÷H1]0.5式中:Q—预测矿井未来涌水量(m3/h);H—未来开采区垂直深度(m);S—未来开采矿区面积(km2);Q1—已知矿井实测涌水量(m3/h);H1—已采矿井垂直深度(m);S1—已知矿井采区面积(km2);2、计算参数的确定A、已知矿井实测涌水量(Q1):本次实测矿井涌水量,最大涌水量为60m3/h,正常涌水量为15m3/h。B、已知矿井采区面积(S1):约为0.1km2。C、已采矿井垂直深度(H1):本矿生产矿井井口标高1669.247m,现有工作面采掘标高1500m,故开采矿井垂直深度为169.247m。D、未来一水平开采矿区面积(S):矿区开采限于矿界范围,从C12煤层立面投影图上读取,约为0.6km2。E、未来一水平开采区垂直深度(H):从C12煤层储量估算图上读取最高标高为1000m,若开采1000m之上的煤炭资源量,则未来开采矿井垂直深度为669.247m。表5-SEQ表5-\*ARABIC1比拟法预测矿井涌水量计算表计算公式Q=Q1×[H×(S÷S1)0.5÷H1]0.5取值计算参数H未来开采区垂直深度(m)669.247S未来开采矿区面积(km2)0.6Q1已知矿井实测涌水量(m3/h)60(最大)15(正常)H1已采矿井垂直深度(m)169.247S1已知矿井采区面积(km2)0.1计算结果Q最大=187(m3/h),Q正常=47(m3/h)根据比拟法所预测矿井涌水量是以(原)凉水沟煤矿生产矿井的实测涌水量基础进行计算,该矿井现有采掘面标高为1500m,未包括老空水和地表水对矿井可能的充水。矿井在未来一水平+1000m之上的各含水层与地表水体之间水力联系紧密,矿山未来开采过程中,应注意地表水及老窑采空区积水对矿床充水的影响。第五章矿井水害防治方案第一节水害防治方案的确定矿井应根据矿井水害的实际情况,制定相应防治水措施。针对即将进行回采的工作面,在回采前对上部采空区积水进行探放(疏水降压措施),在掘进中采取边探边掘,防止误穿岩溶裂隙,对地表主要影响井下的漏水区域,采取人工修建排洪沟,尽量减少对井下充水补给,对下水平揭露较大主要出水点进行注浆堵水,减少排水量。第二节水害防治工程的设置一、以排为主及井下排水工程根据“安全第一,预防为主”的方针,在井田有水害区域的地面及井下设置相应的防水害设施。矿井应结合经批准的开采方案设计及安全专篇,在+1370m水平井底车场附近建设水泵房、水仓、管子道等工程,形成完善可靠的排水系统。提高抵御水患的能力。二、堵疏结合为防止大气降水渗入矿井,每年雨季来临前,应对矿井范围及周边地表进行调查,对能引起地表水入渗井下的各种通道,如地裂缝、废弃小窑、井筒等,用粘土或水泥进行堵填,防止地表水的渗入。三、加强探放探放水是矿井防治水害的主要手段之一,“预测预报、有疑必探、先掘后探、先治后采”是生产矿井防治水害的基本原则。第六章防水安全煤(岩)柱留设第一节防水安全煤(岩)柱的种类在受水害威胁的地方,预留一定宽度和高度的煤层不采,使工作面和水体保持一定的距离,以防止地下水或其它水源溃入井下,必须留设防水煤(岩)柱。由于井田各含水层之间的垂直水力联系通道目前尚未掌握清楚,含水层的裂隙发育情况以及含水层的水力补给情况有待查明,含水层横向富水性及块段间的差异也不明,因此防水煤(岩)柱的留设尤为重要,设计防水煤(岩)柱主要有以下几种:1、煤层露头防水煤(岩)柱;2、地表水体防水煤(岩)柱;3、断层两侧防水煤(岩)柱;4、井田技术边界留设防水煤(岩)柱;5、水平或采区留设边界防水煤(岩)柱;6、采空区防隔水煤(岩)柱;7、其它类型防水煤柱。根据矿井的实际情况,需留设以下防水煤(岩)柱:1、煤层露头防隔水煤(岩)柱2、断层防水煤(岩)柱3、井田边界、相邻水平、采区边界防水煤(岩)柱4、采空区(老空区)防隔水煤(岩)柱5、导水钻孔防隔水煤(岩)柱。第二节防水煤(岩)柱留设一、防水煤(岩)柱的留设原则(1)在有突水威胁但又不宜疏放或注浆堵水(疏放会造成成本大大提高时)的地区采掘时,必须留设防水煤(岩)柱。(2)防水煤柱一般不能再利用,故要在安全可靠的基础上把煤柱的宽度或高度降低到最低限度,以提高资源的利用率。(3)留设防水煤(岩)柱必须与矿井的地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、围岩的物理力学性质、煤层的组合结构方式等自然因素密切结合,还要与采煤方法、开采强度、支护形式等人为因素互相适应。(4)一个井田或一个水文地质单元的防水煤(岩)柱应该在它的总体开采设计中确定,即开采方式和井巷布局必须与各种煤柱的留设相适应,否则,会给以后煤柱的留设造成极大的困难,甚至无法留设。(5)在多煤层地区,各煤层的防水煤(岩)柱必须统一考虑,以免某一煤层的开采破坏另一煤层的煤(岩)柱,致使整个防水煤(岩)柱失效。(6)在同一地点有两种或两种以上留设煤(岩)柱的条件时,所留设的煤(岩)柱必须满足各个留设煤(岩)柱的条件。(7)对防水煤(岩)柱的维护要特别严格,因为煤(岩)柱的任何一处被破坏,必将造成整个煤(岩)柱无效。防水煤(岩)柱一经留设不得破坏,巷道必须穿过煤柱时,必须采取加固巷道、修建防水闸门和其它防水设施,保护煤(岩)柱的完整性。(8)留设防水煤(岩)柱所需的数据必须在本地区取得。邻区或外地的数据只能参考,如果需要采用,应适当加大安全系数。(9)防水岩柱中必须有一定厚度的粘土质隔水岩层或裂隙不发育、含水性极弱的岩层,否则防水岩柱将无隔水作用。二、防水煤(岩)柱的留设1、煤层露头防隔水煤(岩)柱煤层露头防隔水煤(岩)柱的留设按以下公式留设,煤层露头被松散富含水层覆盖时:H防=H裂+H保≮20m式中:H防——防水煤(岩)柱高度(m);H裂——垂直煤层的导水裂隙带最大高度H裂==51.63m;H保——保护层厚度,m;H冒=(1~2)M,m;H保=6M/n=6×28.52/11=15.55m;根据《煤矿建设工程安全监察手册》P187附录七,其中M为最大煤层累计采厚28.52m(C1、C5、C8、C9、C12、C13、C15、C16、C18a、C26、C66、C67-69煤层的累计厚度),n为分层数。H防=H裂+H保=51.63+15.55m≈67.18m。故,煤层露头防隔水煤(岩)柱宽度取70m。2、断层两侧防水煤(岩)柱断层破坏了岩层的完整性,常常成为含水层间的联系通道。断层的某一区段是否导水、导水性强弱等情况取决于断层两侧岩层的接触关系、含水层的水压以及采矿活动对断层的重复破坏作用。由于断层的导水性和富水性很不均一,同一断层的不同部位或地段,往往出现较大的差异,工作面回采引起的岩层移动,会导致局部应力重新分布,极易使断层的导水性增强,未探明的地质构造,也严重威胁矿井的安全生产。因此,在施工以前要尽量探清地质报告未探明的小构造,在施工及生产过程中还应根据井下应力变化和开采引起的冒落裂隙带情况,分析断层两盘岩性,采取必要的防水措施。①含水或导水断层防隔水煤柱的留设煤层直接和富含水层、导水断层接触,顶底板无突水可能,即煤柱主要是顺层受压时,根据《煤矿防治水规定》所推荐公式计算煤柱宽度:L=0.5KM≥20m式中:L——煤柱留设的宽度,m;K——安全系数,一般取2~5;M——煤层厚度或采高,m;P——水头压力,MPa;Kp——煤的抗拉强度,MPa。②煤层与强含水层或导水断层接触时,并局部被覆盖时,其防水煤柱留设计算公式:A、当含水层顶面高于最高导水裂隙带上限时,断层防隔水煤柱留设计算公式:L=L1+L2+L3=Hacscθ+HLcotθ+HLcotδB、当最高导水裂隙带上限高于断层上盘含水层时,防水煤柱的留设计算公式:L=L1+L2+L3=Ha(sinδ-cosδcotθ)+(Hacosδ+M)·(cotθ+cotδ)≥20m式中:L——防隔水煤(岩)柱宽度,m;L1、L2、L3——防隔水煤(岩)柱各分段宽度,m;HL——最大导水裂隙带高度,m;θ——断层倾角,(°)δ——岩层塌陷角,(°)M——断层上盘含水层层面高出下盘煤层底板的高度,m;Ha——断层安全防隔水煤(岩)的宽度,m;Ha值应根据矿井实际观测资料来确定,即通过总结本矿区在断层附近开采时发生突水和安全开采的地质、水文地质资料,计算其水压(P)与防隔水煤(岩)柱厚度(M)的比值(Ts=P/M),并将各点之值标到以Ts=P/M为横轴,以埋藏深度HO为纵轴的坐标纸上,找出Ts值的安全临界线。Ha值也可以按下列公式计算

Ha=P/Ts+10式中:P——防隔水煤(岩)柱所承受的静水压力,MPa;Ts——临界突水系数,MPa;10——保护带宽度,一般取10m。本矿区如无实际突水系数,可参考其它矿区资料,但选用时应当综合考虑隔水层的岩性、物理力学性质、巷道跨度或工作面的空顶距、采煤方法和顶板控制方法等一系列因素。

③煤层位于含水层上方,断层又导水的情况下,防隔水煤(岩)柱的留设主要应考虑两个方向上的压力,一是煤层底部隔水层能否承受下部含水层水的压力;二是断层水在顺煤层方向上的压力。当考虑底部压力时,应当使煤层底板到断层面之间的最小距离(垂距),大于安全煤柱的高度(Ha)的计算值,并不得小于20m。计算公式为:

L=Ha/sinθ≥20m式中:θ为断层倾角(°),其余参数同前。根据以上两种方法计算的结果,取用较大的数字,但仍不得小于20m。如果断层不导水,防隔水煤(岩)柱的留设尺寸,应当保证含水层顶面与断层面交点至煤层底板间的最小距离,在垂直于断层走向的剖面上大于安全煤柱的高度(Ha)时即可,但不得小于20m。

该矿为煤层群开采,累计开采厚度没有超过10m,垮落带与导水裂隙带的高度的计算按《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》附表6-1和附表6-2所推荐的计算公式:Hm=100∑M/(4.7∑M+19)±2.2Hli=100∑M/(1.6∑M+3.6)±5.6式中:∑M——累计采厚,m;④断层防水煤柱的留设计算结果生产地质报告在井田资源量的计算过程中,没有考虑断层防水煤柱的计算,本次煤柱计算由于地质报告没有提供各煤层的抗张强度及隔水层所承受的水压等计算参数,查阅相邻矿区亦无该方面的资料。虽然地质报告提供断层导水性弱,但考虑到受采动影响导致断层具有导水性,因此本矿断层留设断层防水煤柱,断层防水煤柱取经验数据进行计算。所定原则暂按如下:A、落差在15m以下的断层煤柱两侧各取15m,如断层有导水性则取20m。B、落差大于15m,小于30m的断层的煤柱两侧各取30m。C、落差大于30m,小于50m的断层煤柱两侧各取50m。D、落差大于50m以上的断层煤柱通过计算留设。《水城县阿戛凉水沟煤矿资源储量核实报告》在井田资源量的计算过程中,没有考虑断层防水煤柱的计算,本次煤柱计算由于地质报告没有提供各煤层的抗张强度及隔水层所承受的水压等计算参数,查阅相邻井田亦无该方面的资料。因此本矿井断层防水煤柱取经验数据进行计算,通过计算设计留设斜长20m。本矿F1断层落差大于50m,该断层的煤柱两侧各取50m。3、井田边界、相邻水平、采区边界防水煤(岩)柱的留设井田水文地质条件为中等复杂类型,结合矿井周边实际情况,矿井边界煤柱暂按40m留设;采区边界煤柱暂按20m留设。矿井投产后在根据实际相关参数,在保证安全的前提下调整边界煤柱尺寸。4、采空区(老空区)防隔水煤(岩)柱①巷道在采空区积水区下掘进时,巷道与水体之间的最小距离,不得小于巷道高度的10倍,即10×3=20m,取30m;(巷道最大边沿高度取3m)②矿井在采空区积水区下同一煤层中进行开采时,若采空区积水区的界线已基本查明,则用下述公式计算隔离煤柱宽度:L=0.5KM≮20m式中:L——顺层防水煤柱宽度(m);M——煤厚或采高(m);KP——煤的抗张强度(kgf/cm2),KP=10kgf/cm2;P——水头压力(kgf/cm2),P=50kgf/cm2;K——安全系数,一般取2~5,本设计取5。经计算并结合实际情况确定和安全设施设计审查标准,矿井在采空区积水区下同一煤层中进行开采时,若采空区积水区的界线已基本查明,根据以上公式,计算得各煤层隔离煤柱宽度见表6-2-1。表6-2-1各煤层隔离煤柱宽度计算表编号煤层编号最大煤层厚度(m)煤柱(m)实际留设宽度(m)1C17.168.7702C52.6425.6303C81.8217.61204C93.735.82405C125.3451.69556C133.6635.42407C151.817.42208C162.1220.52259C18a1.9418.772010C261.3613.162511C661.716.452012C67-692.120.3325该矿首采C1煤层,原采空区对设计首采煤层影响不大,但浅部老窑较多,掘进过程中应加强探放水措施,防止老窑透水事故。③在水淹区下或老窑积水区下的煤层中进行回采时,隔水煤柱的尺寸,不得小于导水裂隙带最大高度与保护带高度之和。由于本区煤炭开采历史悠久,井田范围内老窑较多。老窑被废弃或查封,在实测过程中,存在井下巷道垮塌无法进行测量的情况,建议业方加强调查,摸清小煤矿和老窑的开采范围、开采深度及积水情况,采取切实可行的安全措施后才可以布置工作面回采。5、井筒煤(岩)柱的留设根据《煤矿开采学》中提供的经验数值,井筒煤柱留设20m。6、导水钻孔防隔水煤(岩)柱在该矿区域内仅有7个地质钻孔,钻孔封孔情况不详,设计采取对钻孔周边留设防水煤柱的安全措施。导水钻孔按下列方法留设防水柱水煤柱。当导水钻孔的位置比较确切,有测斜资料可以定位,但地面启封和井下探查处理都有困难时,按下述公式留设防水煤柱:L=0.5KM≮20m式中:L——防水煤柱宽度(m);M——煤层厚度或采高(m);KP——煤的抗张强度(kgf/cm2),KP取10kgf/cm2;P——水头压力(kgf/cm2),P=50kgf/cm2;K——安全系数,一般取2~5,本设计取5。通过以上公式,导水钻孔防隔水煤(岩)柱留设宽度按表7-2-1留设。用上式计算后,再用下式计算结果进行校正。取其大值为半径,以钻孔中心点为圆心,所得圆面积即为导水钻孔的防水煤柱。L=Hcosα+F式中:L——导水钻孔防水煤柱厚度(m);H——导水裂隙带高度(m);α——岩层塌陷角(°);F——钻孔偏离系数。通过计算,设计下煤组各煤层各类防水煤柱详见表6-2-2。表6-2-2下煤组各煤层各类防水煤柱表煤层序号煤柱类型煤柱尺寸(m)C1C5C8C9C12C13C15C16C18aC26C66C67-691煤层露头防隔水煤柱9090909090909090909090902断层两侧防水煤(岩)柱20、3020、3020、3020、3020、3020、3020、3020、3020、3020、3020、3020、303井田边界4040404040404040404040404采区边界防水煤(岩)柱2020202020202020202020205采空区(防隔水煤(岩)柱7030204055402025202520256井筒煤(岩)柱的留设2020202020202020202020207导水钻孔防隔水煤柱703020405540202520252025第七章矿井防治水措施第一节矿井开拓、开采所采取的安全保证措施一、矿井开拓工程位置及层位选择1、井筒位置的选择凉水沟煤矿工业场地选择在地名为“瓦房寨”东南面约500m左右的平缓地段。其中:主斜井井口标高为+1660.401m、副斜井井口标高为+1680m、回风斜井井口标高为+1687m、工业场地、后期主斜井井口标高为+1680m,各井口均不受洪水威胁。经现场踏勘、工业场地的地势较为开阔,自然地形坡度在5~15%左右,场区无溶洞、滑坡等不良工程地质。现用主斜井井筒等井巷工程均由原有巷道改造而成。开拓巷道在改造施工中基本不会造成对隔水层的破坏,因此,发生底板突水的可能性较小。另外,新增的副斜井、回风斜井、11轨道石门基本沿煤层底板布置,也基本不会造成对隔水层的破坏。2、水平划分该矿开采标高为+1620~+1000m,全矿区共划分为两个水平、三个采区开采,一水平为一个采区;二水平为上、下山开采,有二采区和三采区。采用三条下山联系深部采区。后期上、下山均布置于C26煤层底板岩层中。二、采掘工程所采取的防治水措施矿井的采掘工程除必须严格执行“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的措施,同时还必须坚持“有疑必停”,还应采取以下的措施:(1)矿井应编制矿区水害防治规划、年度水害防治规划和水害应急预案,建立水害预测预报制度。(2)持续观测“三带”发育高度。当导水裂隙带范围内的含水层或老空积水影响安全开采时,必须超前探放水并建立疏排水措施。(3)必须针对主要含水层(段)建立地下水动态观测系统,进行地下水动态观测、水害预测分析,并制定相应综合防治水措施。(4)严禁在各种防隔水煤柱中采掘。(5)矿井雨季前必须进行水泵排水联合试运转,并编制联合试运转报告。(6)矿井在采掘过程中应定期收集、调查和核对废弃的老窑、采空区情况,并在井上、下对照图上标出其位置、开采范围、积水情况等。在此基础上,应采用物探等先进方法,查清采空区分布范围、积水情况,按要求留设保安煤柱。(7)根据《煤矿防治水规定》第47条规定,矿井应当与气象、水利、防汛等部门进行联系,建立灾害性天气预警和预防机制。煤矿应当及时掌握可能危及煤矿安全生产的暴雨洪水灾害信息,密切关注灾害性天气的预报预警信息;及时掌握汛情水情,采取安全防范措施;加强与周边相邻矿井信息沟通,发现矿井出现异常情况时,立即向周边相邻矿井进行预警。(8)根据《煤矿防治水规定》第48条规定,矿井应当安排专人负责对本井田范围内可能波及的周边废弃老窑、地面塌陷坑、采动裂隙以及可能影响采区安全生产的地表水体等重点部位进行巡视检查。当接到暴雨灾害预警信息和警报后,应当实施24h不间断巡查。在矿区每次降大到暴雨的前后,应当派专业人员及时观测采区涌水量变化情况。(9)根据《煤矿防治水规定》第50条规定,矿井在雨季前,应当全面检查防范暴雨洪水引发事故灾难防范措施的落实情况。对检查出的事故隐患,应当落实责任,并限定在汛期前完成整改。防治水工程应当有专门设计,工程竣工后由矿总工程师负责组织验收。(10)根据《煤矿防治水规定》第51条规定,矿井的采区及井田边界均留设隔离防水煤柱。(11)根据《煤矿防治水规定》第92条规定,采掘工作面遇有下列情况之一的,应当进行探放水:①接近水淹或者可能积水的井巷、老空或者相邻煤矿;②接近含水层、导水断层、暗河、溶洞和导水陷落柱;③打开防隔水煤(岩)柱进行放水前;④接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通的断层破碎带;⑤接近有出水可能的钻孔;⑥接近水文地质条件复杂的区域;⑦采掘破坏影响范围内有承压含水层或者含水构造、煤层与含水层间的防隔水煤(岩)柱厚度不清楚可能发生突水;⑧接近有积水的灌浆区;⑨接近其他可能突水的地区。探水前,应当确定探水线并绘制在采掘工程平面图上。(12)根据《煤矿防治水规定》第93条规定,采掘工作面探水前,应当编制探放水设计,确定探水警戒线,并采取防止瓦斯和其他有害气体危害等安全措施。探放水钻孔的布置和超前距离,应当根据水头高低、煤(岩)层厚度和硬度等确定。(13)对可疑断层及因采动影响而可能导水的断层留设断层防水煤柱。(14)井下设水沟等排水系统,并确保足够的排水能力;配备足够的探放水设备及注浆堵水设备。(15)对巷道开拓及回采可能遇到的断层提前进行探放水,查明断层的水文地质要素,经技术经济比较采取留设断层防水煤柱、注浆堵水、疏放等措施。(16)对未封闭好的钻孔根据具体情况采取重封、留设防水煤柱、探放钻孔水等措施。(17)对主要含水层建立地下水动态观察系统,进行地下水动态观测、水害预报,并制定相应的“探、防、堵、截、排”综合防治措施。(18)主要巷道尽量布置在隔水层或弱含水层中。(19)对采区采掘所影响到的各含水层、断层,必须作出水文地质评价,进行提前预报,以便采取相应的防治水措施。(20)根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》第48条、第50条规定,不允许煤层开采后导水裂隙带波及到水体。以煤层导水裂隙带高度为基础参数,还须考虑一定的安全参数。(21)采掘工作面或其他地点发现挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大、顶板来压、底板鼓起或产生裂隙出现渗水、水色发浑、有臭味等突水预兆时,必须停止作业、采取措施,立即报告矿调度室,发出警报,撤出所有受水威胁地点的人员,至安全地点后,再通过各安全出口到达地面。第二节水害防治的组织措施一、矿井水害防治机构成立凉水沟煤矿水害防治工作领导小组组长:矿长副组长:总工程师生产矿长安全矿长成员:生产副总、安全副总、机电副总、生产科科长、机运科科长、通风科科长、安检科长、地测科科长、调度长、矿办主任领导小组下设煤矿水害防治工作领导小组办公室,办公室设在地测科,由地测科科长任办公室主任。二、矿井水害防治应急预案(1)成立检科科科科科科科科检科矿井成立了专门的防治水机构领导小组,由矿长任组长、总工程师任副组长、安全、生产、机电等副矿长为成员,并配备3人专业技术人员,探放水作业人员每班配备4人。三、疏水降压措施疏水降压是指煤层顶板或煤层含水层的疏干,以及煤层底板含水层的降压,使底板含水层水压降低至采煤安全时的水压。矿井开采中必须注意采动塌陷裂隙的影响,使煤系上覆隔水层发生变化,其采动塌陷裂隙成为上覆含水层中地下水溃入矿井的通道。根据《贵州省水城县阿戛凉水沟煤矿安全专篇(变更)》,碳酸盐岩岩溶裂隙水含水岩组:为三叠系下统永宁镇组(T1yn),主要分布于矿区南西部的山岭地带,地表岩溶较发育,含水层接受大气降水补给后,地下水通过岩溶裂隙、溶洞集中运移,含水性能好,富水条件差;由于抗风化力较强,地表多呈狭长反向陡崖、峭壁,不利于大气降雨的补给,排泄条件也较好,大气降水通过垂直岩溶裂隙补给含水层,并通过岩溶裂隙、溶洞汇集、径流和排泄,含较丰富的岩溶裂隙水,富水性强,三叠系下统永宁镇组下段与上二叠统龙潭组上段含煤地层之间水力联系情况不明。在开采期间,应采取疏水降压措施。根据《贵州省水城县阿戛凉水沟煤矿资源储量核实报告》,凉水沟煤矿的煤层顶、底板不存在强承压含水层。但矿井在建井或生产过程中如发现承压含水层水压超过煤层开采安全临界水压或有突水威胁时,建议根据以下情况制定探放水措施。1)在采空区下方的回采巷道中,采取疏水降压的方法,把承压含水层的水头值降到隔水层能承受的安全水头值以下,并制订安全措施。2)承压含水层不具备疏水降压条件时,必须采取建筑防水闸门,注浆加固底板、留设防水煤柱、增建抗灾强排能力等防水措施。3)做好水文地质工作,做好探放水工作,坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”及“有疑必停”的原则。能放则放,不能放则堵,并划分为禁采区,严禁开采。4)留设足够的断层和老硐防水煤柱,见防水煤柱留设表。5)煤层受老空水威胁时,必须编制探放水设计,进行超前探放水,直到老空水全部疏干为止。煤层顶、底板受承压含水层威胁时要进行疏水降压,疏水降压无法保证煤层安全开采时,必须进行注浆加固。疏水降压有些设备与井下探放水设备相同的可共用,但需补充注浆工艺设备及注浆材料等,井下疏水不铺设专门管道,井下疏水可通过排水沟经副斜井引出地表。第三节井下探放水措施一、区域、局部探放水措施矿井在防治水措施方面,应首先采用区域性的探放水措施,其次是采用局部性的探放水措施。一、区域性的探放水措施:1、根据《煤矿防治水规定》第90条:在矿井受水害威胁的区域,进行巷道掘进前,应当采用物探、化探和钻探等方法查清水文地质条件。地测机构应当提出水文地质情况分析报告,并提出水害防范措施,经矿井总工程师组织生产、安监和地测等有关单位审查批准后,方可进行施工。2、矿井工作面采煤前,应当采用物探、钻探、巷探和化探等方法查清工作面内断层、陷落柱和含水层(体)富水体等情况。地测机构应当提出专门水文地质情况报告,经矿总工程师组织生产、安监和地测等有关单位审查批准后,方可进行回采。发现断层、裂隙和陷落柱等构造充水的,应当采取注浆加固或者留设防隔水煤(岩)柱等安全措施。否则,不得回采。3、根据《煤矿防治水规定》第88条:对于采掘工作面受水害影响的矿井,应当坚持预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采的原则,进行充水条件分析,并遵守下列规定:(1)每年年初,根据每年的采掘接续计划,结合矿井水文地质资料,全面分析水害隐患,提出水害分析预测表及水害预测图;(2)在采掘过程中,对预测图、表逐月进行检查,不断补充和修整。发现水患险情,及时发出水害通知单,并报告矿调度室,通知可能受水害威胁地点的人员撤到安全地点。(3)采掘工作面年度和月度水害预测资料及时报送矿井总工程师及生产安全部门。二、局部性的探放水措施1、探放水原则采掘工作必须执行“预测预报,有疑必探,先探后掘,先治后采”的原则,根据矿井的具体条件,遇到下列情况之一时,必须探水:(1)接近不明井巷、老空时;(2)接近含水层、导水层和裂隙带等时;(3)接近未封闭、可能突水的钻孔时;(4)采动影响范围内有承压水、隔水岩柱厚度不清时;(5)接近水文地质条件复杂地段、情况不明时;采、掘工程接近其它可能突水地段时。总之,矿井必须作好水害分析预报,坚持“预测预报,有疑必探,先探后掘,先治后采”的探放水原则。在探水前,必须编制探放水设计。2、老窑老空区水积水量估算由于凉水沟煤矿界范围内浅部小窑开采历史较为久远,很多小窑已经关闭,对小窑的采空范围的调查工作难以进行。建议在矿井建设生产过程中加强对老窑老空区调查工作,对老窑老空区的积水量有较为准确的估算。W=K·m·a·h/sinα式中:W――老空区积水量,m3;M――采厚,m;a――老窑老空走向长度,m;h――老窑老空垂高,m;α――煤层倾角,(°);K――老空的充水系数,一般采空区取0.3~0.5,煤巷取0.5~0.8,岩巷取0.8~1.0。3、探放水方法的确定(1)探水线的确定①老空的探水线对开采所造成的老空、老巷、水窝等积水区,其边界位置准确,水压不超过1MPa,探积水区的最小距离:在煤层中不得少于30m,在岩层中不得少于20m。对积水区,虽有图纸资料,但不能确定积水区边界位置时,探水线至推断的积水区边界的最小距离不得小于50m。对没有图纸资料可查的老窑,根据已了解到的小窑开采最低水平,作为预测的可疑区,探水线至推断的积水区边界的最小距离不得小于100m。②井巷通过导水或可能导水断层前,必须超前探水。探水线(探水起点)至断层交面线的最小距离不得小于25m,水压大于2MPa时应按每增加0.1MPa增加0.5~1m。(2)警戒线沿探水线外推50~150m为警戒线。(3)探放水钻孔布置①超前距、允许掘进距离、帮距和密度的确定超前距:按以下公式计算α=0.5AK式中:α——超前距,m;A——安全系数,一般取2~5,本设计取5;K——巷道宽度(宽或高取大者),为3m;KP——煤的抗张强度(kgf/cm2),KP取10kgf/cm2;P——水头压力(kgf/cm2),P=50kgf/cm2;则:α=0.5×5×2.67×=25.8(m)取30m。因此,超前距为30m。允许掘进距离:每次探放水钻孔施工完毕后,以最短的钻孔长度(水平投影长度)减去超前保护距离之后所剩余的距离。帮距:取30m。钻孔密度(孔间距):坚直扇形面内钻孔间的终孔垂直距不得超过1.5m;水平扇形面内各组钻孔间的终孔水平距离不得大于3m。②钻孔长度:根据以上计算,考虑矿井正常生产的需要,钻孔长度一般为50m,其中,超前距30m,允许掘进距离为20m。③钻孔布置与孔数探放老空水钻孔,按巷道的设计方向在其水平面和竖直面内呈扇形布置;钻孔成组布设。对于平巷一般布置3组钻孔,每组1~2个钻孔;对于上山巷道一般布置5组,每组不少于3个钻孔。a、竖直扇形面内钻孔间的终孔垂距不得超过1.5m。b、水平扇形面内各组钻孔间的终孔水平距离不得大于3m。c、探水钻孔的最小超前距或帮距不得小于30m。e、探放断层水及底板岩溶水的钻孔,必须沿掘进方向的前方及下方布置;底板方向的钻孔不得少于2个。f、从既探、排有效,又能防止冲垮煤壁和放水过大的原则出发,孔径不大于70mm,终孔孔径不大于58mm。g、上山探水时,一般进行双巷掘进,其中一条超前探水和汇水;另一条用来安全撤人,双巷间每隔30~50m掘1个联络巷,并设挡水墙。探放水钻孔布置见图7-4-1、2。4、根据《煤矿防治水规定》第96条:在安装钻机进行探水前,应当符合下列规定:(1)加强钻孔附近的巷道支护,并在工作面迎头打好坚固的立柱和拦板;(2)清理巷道,挖好排水沟。探水钻孔位于巷道低洼处时,配备与探放水量相适应的排水设备;图7—4—1平巷探水钻孔布置图图7—4—2上山探水钻孔布置方式图(3)在打钻地点或附近安设专用电话;(4)依据设计,确定主要探水孔位置时,由测量人员进行标定。负责探放水工作的人员亲临现场,共同确定钻孔的方位、倾角、深度和钻孔数量;(5)在预计水压大于0.1MPa的地点探水时,预先固结套管。套管口安装阀门,套管深度在探水设计中规定。预先开掘安全躲避硐,制定包括撤人的避灾路线等安全措施,并使每个作业人员了解和掌握;(6)钻孔内水压大于1.5MPa时,采用反压和有防喷装置的方法钻进,并制定防止孔口管和煤(岩)壁突然鼓出的措施。5、根据《煤矿防治水规定》第98条:探水钻孔超前距离和止水套管长度,应当符合下列规定:(1)探放老空积水的超前钻距,根据水压、煤(岩)层厚度和强度及安全措施等情况确定,但最小水平钻距不得小于30m,止水套管长度不得小于10m;(2)沿岩层探放水含水层、断层和陷落柱等含水体时,按表7-4-1确定探水钻孔超前距离和止水套管长度。表7-4-1岩层中探水钻孔超前距离和止水套管长度水压/MPa探水钻孔超前距离/m止水套管长度/m<1.0>10>51.0~2.0>15>102.0~3.0>20>15>3.0>25>206、探放水的安全措施(1)进行探放水施工作业前,矿技术负责人必须结合实际探水巷道的实际,另行编制安全技术措施,明确探放水作业人员一旦面临突水威胁时的避灾路线。(2)进行探放水施工作业前,必须提前撤出可能受探水作业地点突水威胁的其它工作面和其它工作地点的所有人员。(3)清理巷道,保证安全撤退路线畅通无阻。(4)探水前应加固探水工作区支架,背好帮顶,以免压力水冲垮煤壁和支架。(5)保证水沟畅通,并有适当的坡度和断面,水仓和排水设备要有足够的容量和能力。(6)探水地点要安装电话,与所有可能受水威胁的工作地点连通,并事先制定好撤退路线,以防止意外事故的发生。(7)打钻过程中,如发现煤、岩松软或沿钻杆向外流水超过打钻正常供水量时,要立即停止打钻(不能移动或拔出钻杆),派人监视水情并报告矿调度室,如果情况危急,要立即通知所有受威胁地点撤人,并采取应急措施。(8)钻孔接近采空区,可能有有害气体涌出,必须随时进行有害气体监测;探水点通风必须按有关规定进行。(9)探放老空水前,首先要分析查明老空水体的空间位置、积水量和水压。探放水孔必须钻入老空水体,并要监视放水全过程,核对放水量,直到老空水放完为止。钻孔接近老空,预计可能有瓦斯或其它有害气体涌出时,必须有瓦斯检查工或矿山救护队员在现场值班,检查空气成分。如果瓦斯或其它有害气体浓度超过有关规定时,必须立即停止钻进,切断电源,撤出人员,并报告矿调度室,及时处理。(10)钻孔放水前,必须估计积水量,保证水沟畅通,控制放水流量;放水时,必须设专人监测钻孔出水情况,测定水量和水压,做好记录。若水量突然变化,必须及时处理,并立即报告矿调度室。二、探放水设备选择1、探放水设备选择依据探防水设备选择必须能用于井下探水、放水、煤层注水、断层及巷道底板注浆、灭火、瓦斯抽放等钻孔及勘探地质构造孔的施工,必须防爆及获得煤安标志。其选择的主要依据是钻孔直径及深度,所需钻取的围岩力学性质等。2、井下探放水设备型号及数量矿井用1个采煤工作面保证矿井年生产能力,正常生产期间配备2个掘进工作面,本设计配备KY100探水钻4台(采面和2个掘进面各1台),1台备用,电压660V,N=5.5kW。3、物探设备及数量配备1台YD32(A)高分辨电法仪对井下进行探防水。YD32(A)高分辨电法仪以煤层或岩体为介质,根据岩石电阻率成像探测识别技术对矿井含水构造进行三极高分辨电法探测。它利用现有的巷道工作,可探查掘进工作面前方100m内的含水导水异常,包括老窑、断层、破碎带、陷落柱、裂隙、溶洞等含水构造。主要技术参数如下:发射通道:4道发射电压:100V最大发射电流:50mA/100mA可选接受道数:32道接收电压精度:0.02%(100mA)接收电压范围:±2V输入阻抗:≥100MΩ探测距离:100m防爆型式:煤矿用本质安全型设备,防爆标志为“ExibI”工作方式:自动观测/即时数据处理/接地条件自检三、注浆堵水措施注浆堵水广泛应用于封堵突水点恢复被淹矿井,截流堵水减少矿井涌水量,井巷堵水过含水层或导水断层等。区内地表发现的较大断层为F25和F33断层,井下开采至断层位置时仅见零星水滴,断层隔水性较好,目前井下尚未出现小断层的突水、透水情况,矿井抽排水量较少。因此本设计暂不配备注浆泵及配套设备。矿井投产后,生产单位应根据采掘工程的实际情况,配备注浆堵水设备。第四节地表防治水措施一、地表水防治设计依据1、防洪标准及防洪坝墙设计要求根据《煤炭工业小型矿井设计规范》(GB50399-2006),矿井井口及工业场地的防洪设计标准见表7-5-1:凉水沟煤矿的工业场地选在地势较高的平缓坡地上,井口及工业场地无洪、涝之患。为满足场地雨水排水,场地雨水采用分区多出口、明沟加盖板为主的排水系统,沿场区边缘及挡土墙、边坡脚、公路修筑0.4m×0.5m排水沟,靠山一侧修筑截水沟,断面为0.5m×0.6m,即可满足防洪排涝要求。另外,为防止洪水淹井,矿井应采取可靠的安全应急措施,如在井口旁边堆放沙袋等,以防雨水灌进井筒内。表7-5-1防洪设计标准名称防洪标准[重现期(年)]设计校核矿井井口1/1001/300工业场地1/100-根据《煤矿防治水规定》第48条规定,矿井应当安排专人对本井田范围内可能涉及的周边废弃老窑、地面塌陷、采动裂隙以及可能影响矿井安全生产的水库、湖泊、河流、堤防工程等重点部位进行巡视检查。当接到暴雨灾害预警信息和警报后,应当实施24h不间断巡查。在矿区每次降大到暴雨的前后,应当派专业人员及时观测矿井涌水量变化情况。根据《煤矿防治水规定》第49条规定,矿井应当建立暴雨洪水可能引发淹井等事故灾害紧急情况下及时撤出井下人员的制度,明确启动标准、指挥部门、联络人员、撤人程序等。当发现暴雨洪水灾害严重可能引发淹井时,应当立即撤出作业人员到安全地点。经确认隐患消除后,方可恢复生产。2、地形、水系及汇水面积盘县凉水沟煤矿井田属高原中山地地貌,地形切割强烈,高差悬殊,井田内仅有小溪沟通过,矿内冲沟发育,其冲沟的底面标高均大于可采煤层的最低开采标高,对矿井充水有一定影响。区内大气降水相对集中,煤层露头及风氧化带位于斜坡坡地低处,地表紊流水及冲沟通过裂隙带采空区冒裂带向矿井渗透充水而造成水害,但地表水对矿坑充水影响不大。3、开采塌陷、裂隙对地表水系和降雨渗漏的影响老窑主要开采浅部煤,开采强度小,老窑突水对矿井开采将造成影响,在采空区影响范围内还将诱发地表裂缝、地面塌陷、崩塌、滑坡等灾害,大气降水将渗入井下,形成水患。因此除留保安煤柱外,在矿井后期生产中,对采煤可能引起的裂缝应及时用土石进行填平夯实,应对地质环境变化加以监测和防护工作。对地表沉陷形成的塌陷坑,要尽量整平,回填造地,易产生滑坡的地方应提前修筑挡土墙,打挡滑桩或削坡减载等,另外,平时应经常有巡视人员,发现问题及时处理。二、地表水防治工程1、工业场地防洪措施由于工业场地选在地势较高的平缓坡地上,井口及工业场地无洪、涝之患。工业场地最低标高为+1430.00m,为避免大雨冲毁场地,设计沿该溪沟侧修筑断面2.0m×1.0m的水沟,另外顺挡土墙及边坡脚修筑断面0.5m×0.5m的排水明沟,即可满足防洪排涝要求。2、其它地表水防治措施①根据《煤矿安全规程》第254条规定:煤矿企业、矿井应当查清矿区及其附近地面河流水系的汇水、渗漏、疏水能力和有关水利工程等情况;掌握当地历年降水量和最高洪水位资料,建立疏水、防水和排水系统。煤矿企业、矿井应当建立灾害性天气预警和预防机制,加强矿井与周边相邻矿井的信息沟通,发现矿井水害可能影响相邻矿井时,立即向周边相邻矿井进行预警。②根据《煤矿安全规程》第255条规定:矿井井口和工业场地内建构筑物的地面标高必须高于当地历年最高洪水位;在山区还必须避开可能发生泥石流、滑坡等地质灾害危险的地段。③根据《煤矿安全规程》第256条规定:当矿井井口附近或开采塌陷波及区域的地表有水体时,必须采取安全防范措施,并遵守下列规定:A、严禁开采和破坏煤层露头的防隔水煤(岩)柱;B、在地表容易积水的地点,修筑泄水沟渠,或者建排水站专门排水,杜绝积水渗入井下;C、当矿井受到河流、山洪威胁时,修筑堤坝和泄洪渠,有效防止洪水渗入;D、对于排到地面的矿井水,妥善疏导,避免渗入井下;E、对于漏水的沟渠和河流,及时堵漏或者改道,地面裂缝和塌陷地点及时添塞,进行添塞工作时,采取相应的安全措施,防止人员陷入塌陷抗内;F、当有滑坡、泥石流等地质灾害威胁煤矿安全时,及时撤出威胁区域的人员,并采取防止滑坡、泥石流的措施。④根据《煤矿安全规程》第257条规定:严禁将矸石、炉灰、垃圾等杂物堆放在山洪可能冲刷到的地段。第五节井下防治水安全设施一、井下排水1)排水设施(1)排水方式本矿井采用在+1400水平建井下水泵房,将+1400水平以上的井下涌水经副斜井排至地面井下水处理站。2)设计依据(1)根据贵州贵州省煤矿设计研究院2011年6月提供的《贵州省水城县阿戛凉水沟煤矿安全专篇(变更)》,预测矿井正常涌水量为72m3/h,最大涌水量为160m3/h,凉水沟煤矿在今后生产过程中需及时收集水文地质资料,以便修正设计。(2)排水垂高:280m(+1400m至+1680m);另考虑井口至井下水沉淀池垂高:5m;(3)井筒倾角:24°。3)选型计算(1)井底水仓水泵选型①工作水泵必须的最小排水能力QBQB=24Qr/20=1.2Qr=1.2×72=86.4m3/h式中:Qr—矿井正常涌水量,72m3/h②工作和备用水泵必须的排水能力QBmQBm=24Qrm/20=1.2Qrm=1.2×160=192m3/h式中:Qrm—矿井最大涌水量,160m3/h③水泵扬程:水泵总扬程H=Ha+Hs+Hf式中:Ha—水泵轴中心至排水管地面出水口之高差,280m;Hs—水泵吸水高度,为15m;Hf—管路扬程损失,根据排水管网,计算扬程损失为:新管12.98m,旧管25.95m;H=280+15+5+(25.95+0.3)×1.7=344.6m;④计算的排水管径:D正=×1000=135.61mm,取DN=150mm,选用Ф159×6无缝钢管,排水流速V=2.0m/s,设置二趟排水管路,排水管路敷设于副斜井;⑤排水管路壁厚校验δ=(Pdg/2Rk-P)+a=(0.3×150/2×80-0.3)+0.2=0.48cm取4.8mm<6⑥排水设备:选用MD100-50×7型水泵三台(正常涌水量时:一台泵工作,一台泵备用,一台泵检修;最大涌水量时:二台泵工作,一台泵检修),预留一台水泵,一趟管路位置。未淤积时工况点:流量Q未淤=112m3/h,扬程H未淤=330m,效率η未淤=0.71,水泵每天工作时间8.64h/d<20h/d;淤积时工况点:流量Q淤积=104m3/h,扬程H淤积=345m,效率η淤积=0.72,水泵每天工作时间19.2h/d<20h/d;水泵性能曲线详见右图。⑦计算水泵所需功率未淤积时所需功率:P=1.1×112×330×1000×9.8÷(3600×1000×0.71×0.98)=159.06kW淤积时所需功率:P=1.1×104×345×1000×9.8÷(3600×1000×0.72×0.98)=152.27kW选配YB315L1-2(160kW、660V)型防爆电动机三台。4)水泵房布置及水仓容量井底水仓布置在+1400m水平,有主、副水仓。主水仓长度为83m,副水仓长度为60m,有效容量1158.3m3,满足《煤矿安全规程》中第280条的规定。主要水仓包括主仓、副仓,主仓、副仓由两条独立的互不渗漏的巷道组成,当一个水仓清理时,另一个水仓应能正常使用,按《煤矿安全规程》规定,水仓的有效容量能容纳8h矿井正常涌水量,计算水仓有效容量为V=8Q正常=8×72=576m3。根据巷道围岩情况,水仓采用砼碹支护,掘进断面积11.52m2,净断面积8.12m2。水仓支护方式为防渗混凝土砌碹,在水仓与吸水井及配水巷连接处采用混凝土支护,如有渗水,须在支护材料中加入一定的数量的防水剂,底板采用强度等级C10的混凝土铺底。后期建设的井底水仓根据《水城县阿戛凉水沟煤矿开采方案(变更)》设置在井底+1020m水平,后期建设时依据矿井前期采掘过程中收集的矿井水文情况建设符合矿井实际的水仓布置。水仓进口处应设置蓖子,并对其中的淤泥及时清理,每年雨季前必须清理一次,水仓的空容量必须经常保持在总容量的50%以上。泵房内配水井上方必须安设盖板,以防止工作人员跌入井内。排水管路系统图见图7-5-1。在建设之前,应根据矿井实际建设中,实测选取涌水量的大小,并根据实际涌水量对设计作进一步的补充修改。采用无底阀排水,减少阻力损失,配二套气水两用喷射泵ZPBZ型,PN=4MPa。井下水泵房10kV变电所二回进线分别引自井下10kV主变电所不同的母线段。(6)井下水沟井下巷道水沟采用混凝土砌筑,水沟净断面根据流水量和巷道坡度经计算选取,主斜井、副斜井排水沟为200×200mm、井底车场的排水沟为450×400

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