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礦山開采區(qū)水文地質(zhì)綜合勘查技術(shù)

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礦山開采區(qū)水文地質(zhì)綜合勘查技術(shù)

摘要:隨著礦山開發(fā)項(xiàng)目的數(shù)量與規(guī)模在不斷擴(kuò)大,開采難度也在不斷提高。為了使開采工作順利進(jìn)行,應(yīng)當(dāng)全面優(yōu)化勘查過(guò)程,發(fā)揮出勘查技術(shù)的作用。通過(guò)對(duì)礦山水文地質(zhì)勘查工作內(nèi)容及發(fā)展現(xiàn)狀的分析,明確礦山開發(fā)中的綜合勘查技術(shù),分析礦山開采區(qū)水文地質(zhì)綜合勘查技術(shù)應(yīng)用,提出綜合勘查技術(shù)在礦山水文地質(zhì)勘查中的應(yīng)用要點(diǎn),以滿足礦山開采的實(shí)際需求,為開采水平的提升提供相應(yīng)的條件,促進(jìn)礦山資源開發(fā)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞:礦山開采區(qū);水文地質(zhì);綜合勘查技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)水平也有所提升,其中礦產(chǎn)作為重要的原料,對(duì)工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展有著重要的意義。為進(jìn)一步提升開采水平,應(yīng)當(dāng)積極落實(shí)地質(zhì)水文勘查工作,掌握開采環(huán)境的水文地質(zhì)條件,根據(jù)實(shí)際情況制定開采規(guī)劃,為提高開采效果提供有力支持。在勘查中可結(jié)合不同技術(shù)來(lái)選擇,使綜合技術(shù)的應(yīng)用發(fā)揮出有效作用,進(jìn)而提升我國(guó)的礦山開發(fā)水平,促進(jìn)資源的可持續(xù)發(fā)展。

1礦山水文地質(zhì)勘查工作內(nèi)容及發(fā)展現(xiàn)狀

礦山水文地質(zhì)勘查具有綜合性特點(diǎn),其中包括了兩方面內(nèi)容:第一是水文地質(zhì)的勘查,可勘測(cè)地下水分布情況,并且在勘查過(guò)程中總結(jié)得到相應(yīng)的數(shù)據(jù),對(duì)結(jié)果的分析來(lái)判斷地下水的變化趨勢(shì),根據(jù)勘查中存在的問題判斷可能出現(xiàn)的情況,提出相應(yīng)的預(yù)防及解決方案。第二是水文環(huán)境勘查,為了使生態(tài)環(huán)境得到有效保護(hù),同時(shí)為礦山工程的開發(fā)綠色化發(fā)展提供支持,應(yīng)在開發(fā)前對(duì)周圍的環(huán)境進(jìn)行勘查了解,將環(huán)境中資源分布記錄完善,根據(jù)其中存在問題提出有效的解決措施,以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山區(qū)域環(huán)境的有效保護(hù)。政府部門及主管機(jī)構(gòu)應(yīng)關(guān)注礦山水文地質(zhì)勘查的最新情況,全面保護(hù)礦區(qū)環(huán)境,促進(jìn)礦區(qū)資源開發(fā)工作健康、可持續(xù)發(fā)展,進(jìn)而提升開發(fā)的產(chǎn)量[1]。

2礦山開發(fā)中的綜合勘查技術(shù)

2.1遙感勘查技術(shù)在勘查中運(yùn)用遙感勘查技術(shù)可滿足工作需求,利用電磁波及傳感設(shè)備對(duì)遠(yuǎn)距離的電磁波信息進(jìn)行輻射,可為信息處理提供支持,獲取到相應(yīng)的圖像反饋內(nèi)容。通過(guò)對(duì)圖像信息的分析可明確不同對(duì)象所處的位置。應(yīng)用該技術(shù)來(lái)開展地質(zhì)勘查工作能夠使勘查的效率顯著提高,還可應(yīng)用在防災(zāi)管理工作方面。此外,應(yīng)用遙感技術(shù)可使信息及資源的獲取更加便捷,對(duì)信息進(jìn)行有效地輸送及儲(chǔ)存、處理。

2.2多道瞬態(tài)面波勘查技術(shù)多道瞬態(tài)面波法在地質(zhì)勘查過(guò)程中可發(fā)揮出有效的作用,借助面波來(lái)沖擊地層介質(zhì)產(chǎn)生新面波。通過(guò)裝置傳感器可對(duì)地表的波動(dòng)進(jìn)行接收,實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)信息的采集,經(jīng)過(guò)對(duì)信息的分析可使礦層特點(diǎn)的判斷順利完成,為勘查工作提供參考依據(jù)。面波的突出特點(diǎn)是隨著介質(zhì)變化而變化,以實(shí)現(xiàn)對(duì)于傳播速度的改變。該技術(shù)應(yīng)用有著準(zhǔn)確性、靈活性特點(diǎn),能夠促進(jìn)地質(zhì)勘查水平的不斷提升。

2.3高密度電阻率勘查技術(shù)高密度電阻率勘查技術(shù)為陣列勘探方法,高密度電阻率勘查技術(shù)可通過(guò)高密度電阻率法來(lái)加強(qiáng)勘查結(jié)果的準(zhǔn)確性,結(jié)合導(dǎo)電性等差異及人工增加電流場(chǎng)的方式來(lái)分析電流傳導(dǎo)的情況,可為礦山地質(zhì)構(gòu)造了解提供相應(yīng)的依據(jù)。需要將電極劃分在觀測(cè)坡面的同一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上,在采集數(shù)據(jù)的過(guò)程中應(yīng)使用程控電極轉(zhuǎn)換裝置及微機(jī)工程電測(cè)儀,可實(shí)現(xiàn)對(duì)信息數(shù)據(jù)的有效處理,得到相應(yīng)的圖像結(jié)果,為勘查工作的進(jìn)行提供完善的參考信息[2]。

2.4GPS勘查技術(shù)運(yùn)用GPS技術(shù)開展勘查工作可使其發(fā)揮出有效的作用,由于該技術(shù)在應(yīng)用上可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地定位,為水文地質(zhì)情況的調(diào)查及定位提供了支持。在應(yīng)用過(guò)程中需要進(jìn)一步明確數(shù)據(jù)采集過(guò)程,也可以利用無(wú)線電信息傳遞方式。完成后可使用GPS衛(wèi)星信號(hào)來(lái)傳送勘查位置的相關(guān)信息,加強(qiáng)勘查工作的效果,對(duì)各類信息進(jìn)行處理分析[3]。

2.5原位測(cè)試技術(shù)原位測(cè)試技術(shù)在地質(zhì)勘查中可通過(guò)巖土工程力學(xué)特點(diǎn)分析來(lái)明確結(jié)構(gòu)情況、含水量情況等??墒褂们‘?dāng)?shù)募夹g(shù)方式對(duì)礦山的地質(zhì)情況進(jìn)行測(cè)定分析,將各項(xiàng)條件確定。運(yùn)用該技術(shù)可在取樣難度大的地層條件下,展現(xiàn)出較多的優(yōu)勢(shì),該技術(shù)在地質(zhì)勘查中可與其他技術(shù)結(jié)合使用,能夠進(jìn)一步提升勘查結(jié)果準(zhǔn)確性,也有利于勘查工作,適應(yīng)新時(shí)期發(fā)展需求。

2.6X射線次級(jí)發(fā)射光譜分析技術(shù)可應(yīng)用X射線次級(jí)發(fā)射光譜分析來(lái)進(jìn)行微量元素測(cè)定分析,確定各類元素含量。應(yīng)用該技術(shù)的原理是借助射線光子激發(fā)原子,經(jīng)過(guò)激發(fā)作用后,可進(jìn)一步進(jìn)行成分的判定,完成化學(xué)分析工作。運(yùn)用X射線次級(jí)發(fā)射光譜分析技術(shù)還可使地下復(fù)雜的斷層清晰地呈現(xiàn)出來(lái),以便對(duì)于水源情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷[4]。2.7數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)可對(duì)復(fù)雜多樣的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理,并且建立相應(yīng)的數(shù)字化模型,運(yùn)用計(jì)算機(jī)來(lái)對(duì)其統(tǒng)一處理。在礦山地質(zhì)勘查實(shí)施過(guò)程中可通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)展現(xiàn)出礦層的基本構(gòu)造,使信息之間具有關(guān)聯(lián)性,為信息的分析提供良好的技術(shù)條件。同時(shí),還可以將數(shù)字化技術(shù)與其他技術(shù)緊密融合,讓勘查工作的效率變得更高。

3礦山開采區(qū)水文地質(zhì)綜合勘查技術(shù)應(yīng)用

3.1獲取礦山開采區(qū)地層結(jié)構(gòu)特征根據(jù)礦山的實(shí)際情況來(lái)明確勘查工作的要求,全面掌握地層結(jié)構(gòu)的情況。在不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件下,水文地質(zhì)情況不同,可將地質(zhì)分成不同的類型,不斷提升水文地質(zhì)勘查工作準(zhǔn)確性。在水文地質(zhì)體系中包括:含水層、隔水層,在開發(fā)礦山資源時(shí)可將各結(jié)構(gòu)層的關(guān)系明確,比如:開采層、隔水層等,并且分析之間存在的關(guān)系,之后應(yīng)對(duì)開采區(qū)域產(chǎn)生重視,對(duì)相關(guān)情況進(jìn)行關(guān)注[5]。礦山開采區(qū)域中有著同種類型水文地質(zhì)單元及不同類型的水文地質(zhì)單元,而跨過(guò)多個(gè)水文地質(zhì)單元的礦區(qū)開采的難度比較大,會(huì)對(duì)于開采工作產(chǎn)生一定影響。開采作業(yè)過(guò)程中礦山水文地質(zhì)情況會(huì)帶來(lái)較大的影響,為了避免水害等問題出現(xiàn),相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)全面了解情況,一般包括:大氣降水水害、地表水害等。其中大氣降水水害會(huì)使開采區(qū)域出現(xiàn)淤泥,無(wú)法保證開采的順利進(jìn)行,地表水害受到海水、湖水及水庫(kù)等方面的影響,其中塌陷區(qū)會(huì)出現(xiàn)較多的積水。同時(shí),頂板水害問題也會(huì)產(chǎn)生不良影響,其中包括了不同的類型,可根據(jù)其特點(diǎn)進(jìn)行分類,對(duì)不同類型的水害深入分析。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水害問題的控制,避免開采作業(yè)受到影響,為開采作業(yè)的安全進(jìn)行提供保障。還需根據(jù)水文地質(zhì)特點(diǎn)來(lái)做好開采區(qū)域的水害問題檢查工作,進(jìn)行嚴(yán)格控制,以達(dá)到保護(hù)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的目的,同時(shí)提供礦山資源的發(fā)育條件,使含水層結(jié)構(gòu)得到改造,使勘查工作的進(jìn)行發(fā)揮出可靠的作用。

3.2合理進(jìn)行開采區(qū)鉆探設(shè)計(jì)及設(shè)備選擇進(jìn)行水文地質(zhì)綜合勘查過(guò)程中應(yīng)對(duì)鉆探合理設(shè)計(jì),并且合理地選擇設(shè)備,考慮到勘查工作開展需求。為了使水文地質(zhì)綜合勘查的結(jié)果更加科學(xué)準(zhǔn)確,應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況來(lái)設(shè)計(jì)鉆孔、鉆具、間距等參數(shù)。其中鉆孔位置影響著勘查工作的準(zhǔn)確性,對(duì)鉆具進(jìn)行合理選擇可使勘查工作的效率得到改善,同時(shí)鉆孔間距的合理控制可使勘效率及準(zhǔn)確性得到保障。在進(jìn)行水文地質(zhì)綜合勘查時(shí)應(yīng)對(duì)鉆探設(shè)計(jì)及設(shè)備選擇要點(diǎn)進(jìn)行明確,可避免勘查中出現(xiàn)安全問題,以保證勘查工作的順利進(jìn)行。在勘查鉆探施工進(jìn)行中存在著較多的影響因素,礦山地層結(jié)構(gòu)作為鉆探設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容,地層結(jié)構(gòu)因素可為鉆探作業(yè)設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的參考依據(jù),包括:失穩(wěn)地質(zhì)巖性構(gòu)造等。地層的巖石種類、硬度以及軸向壓力等巖性特點(diǎn)會(huì)對(duì)鉆探施工取芯率及鉆孔作業(yè)產(chǎn)生影響,巖石力學(xué)因素影響著產(chǎn)生人工應(yīng)力干預(yù)下的巖石力學(xué)特點(diǎn),巖石硬度及軸向應(yīng)力關(guān)系到了鉆孔的速度、質(zhì)量。地下水中包括:含水層、隔水層、頂板等,當(dāng)?shù)叵滤畼?gòu)造為破碎性或者溶解性,會(huì)對(duì)鉆孔的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響,還會(huì)使清潔度受到影響。礦物的成分、地質(zhì)構(gòu)造等都會(huì)對(duì)鉆具選擇及鉆探方式產(chǎn)生影響。在巖體構(gòu)造方面,其中包括:紋理、種類及顆粒大小等因素,會(huì)對(duì)鉆速設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。當(dāng)開采區(qū)域的水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜,需要對(duì)各項(xiàng)因素進(jìn)行分析,以達(dá)到提升設(shè)計(jì)科學(xué)性的目的。可結(jié)合礦山開采區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行全面分析,通過(guò)進(jìn)行地圖計(jì)算,將開采區(qū)的鉆探鉆孔大小明確,提出合理的鉆孔間距參數(shù),使鉆孔深度得到有效控制[6]。在選擇鉆探設(shè)備的過(guò)程中應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)情況及開采需求進(jìn)行分析,考慮到鉆孔設(shè)計(jì)深度、鉆孔傾角以及工程巖石條件等,制定合理的規(guī)劃,以保證鉆探的效果??咨钤O(shè)計(jì)深度作為鉆機(jī)選擇的重要參考依據(jù),一般情況下鉆機(jī)鉆孔能力應(yīng)大于原本設(shè)計(jì)的孔深,對(duì)于礦山水文地質(zhì)工程特殊情況,明確選擇系數(shù),以保證鉆機(jī)選擇的有效性??衫孟鄳?yīng)的系數(shù)計(jì)算公式來(lái)進(jìn)行計(jì)算分析,參考鉆頭施工設(shè)計(jì)控制及鉆機(jī)能力來(lái)開展設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)選擇系數(shù)的合理取值,可使鉆探作業(yè)的進(jìn)行具備良好的條件。一般在水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的區(qū)域中應(yīng)將選擇系數(shù)提高,使取值符合實(shí)際情況。而在巖性結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的區(qū)域內(nèi)可使選擇系數(shù)降低,結(jié)合礦山水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度來(lái)選擇系數(shù),明確鉆機(jī)能力要求,為鉆取鉆機(jī)提供相應(yīng)的參考依據(jù)。

3.3全面預(yù)測(cè)礦區(qū)地層壓力需選擇某個(gè)礦山開采區(qū)預(yù)測(cè)礦區(qū)的地層壓力,開采區(qū)域底層地層壓力預(yù)測(cè)可為水文地質(zhì)勘查中鉆探孔內(nèi)部壓力的平衡提供支持,實(shí)現(xiàn)礦山開采區(qū)域的水文地質(zhì)情況的把握。當(dāng)開采的環(huán)境條件較為復(fù)雜,需要采取有效的措施進(jìn)行勘測(cè),比如:密度調(diào)整法等,實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力等勘查。而當(dāng)環(huán)境條件比較簡(jiǎn)單,可根據(jù)實(shí)際需求來(lái)選擇恰當(dāng)?shù)脑O(shè)備,使勘查工作順利進(jìn)行,可為地質(zhì)情況的掌握提供支持,為結(jié)構(gòu)的分析提供參考依據(jù)。通過(guò)對(duì)水文地質(zhì)中的礦山地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)判來(lái)了解結(jié)構(gòu)與水文發(fā)育之間的詳細(xì)情況。比如:對(duì)某礦區(qū)進(jìn)行地質(zhì)勘查,應(yīng)對(duì)該區(qū)域的情況進(jìn)行了解,由于其中的結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜性,巖漿比較活躍,可采用密度調(diào)整法等技術(shù)方法來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析,使用泥漿以恰當(dāng)?shù)呐帕縼?lái)傾倒,應(yīng)對(duì)其密度合理控制。其中孔深為564m,孔中的遺失壓力為63.4kPa,通過(guò)對(duì)地層壓力的測(cè)定分析,可為地質(zhì)勘查工作的進(jìn)行帶來(lái)保障,獲取更加可靠的信息。當(dāng)壓力出現(xiàn)了變化,可結(jié)合地層的壓力情況來(lái)進(jìn)行鉆孔準(zhǔn)備工作,以保證施工進(jìn)行的效果,避免帶來(lái)影響。

3.4運(yùn)用綜合勘查技術(shù)了解勘查情況水文地質(zhì)綜合勘查技術(shù)是多種勘查技術(shù)的融合,水文地質(zhì)綜合勘查技術(shù)類型有遙感勘查技術(shù)、多道瞬態(tài)面波勘查技術(shù)、高密度電阻率勘查技術(shù)、GPS勘查技術(shù)、原位測(cè)試技術(shù)和數(shù)字化勘查技術(shù)。其中遙感技術(shù)和高密度電阻率的勘查技術(shù)運(yùn)用較廣泛,能夠有效提高勘查結(jié)果的真實(shí)性。利用電阻率與單位涌水量之間的關(guān)系,采用綜合勘查技術(shù)測(cè)出區(qū)域涌水量,最終完成某礦山開采區(qū)水文地質(zhì)勘查,視電阻率與單位涌水量擬合曲線,根據(jù)電阻率情況來(lái)判斷區(qū)域涌水量,結(jié)合曲線關(guān)系來(lái)計(jì)算區(qū)域涌水量,將鉆孔位置設(shè)置好,對(duì)地層壓力值進(jìn)行明確。比如:在進(jìn)行某礦山開采區(qū)水涌水量檢測(cè),該區(qū)域有著地下水及含水層分布不均勻的情況,將礦山開采區(qū)劃分成5個(gè)區(qū)域,在礦山開采區(qū)的東北部、東南部以及西北部、西南部、中部區(qū)域之內(nèi)設(shè)置8個(gè)水文鉆孔,將開采區(qū)的鉆探孔內(nèi)涌水量值計(jì)算出來(lái)。然后使用勘查設(shè)備測(cè)量出開采區(qū)上覆含水層頂板滲透系數(shù),確定孔內(nèi)水柱的高度及含水層厚度,分別為68m、35m。使用綜合勘查技術(shù)來(lái)測(cè)量出礦山開采區(qū)西北部的涌水量平均值,結(jié)果為24.5m3/h,西南部的涌水量平均值為35.1m3/h,東北部的涌水量平均值為4.5m3/h,東南部涌水量平均值為23.4m3/h,中部涌水量平均值為45.78m3/h。通過(guò)對(duì)通水量數(shù)值的分析,開采區(qū)東北部含水層的含水量比較少,沒有發(fā)現(xiàn)地下水,中部區(qū)域中含水層水含量比較多,地下水位于西側(cè)位置,根據(jù)其情況來(lái)獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)[7]。

4綜合勘查技術(shù)在礦山水文地質(zhì)勘查中的應(yīng)用要點(diǎn)

4.1做好礦山施工現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)及監(jiān)測(cè)工作礦山工程項(xiàng)目施工需要保證工程的安全性及穩(wěn)定性,避免帶來(lái)安全問題,要求工作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的檢驗(yàn)及監(jiān)測(cè)工作有效落實(shí)。在檢驗(yàn)中施工人員應(yīng)審查驗(yàn)證巖土工程的質(zhì)量,使工程質(zhì)量得到有效控制。在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)中需要監(jiān)測(cè)不同載荷以及巖土反應(yīng)情況、結(jié)構(gòu)物質(zhì)等,監(jiān)測(cè)的實(shí)施可為人員判斷施工受到的影響提供支持,根據(jù)實(shí)際情況來(lái)落實(shí)各項(xiàng)工作,使現(xiàn)場(chǎng)的施工能夠安全開展,保證礦山開發(fā)進(jìn)行的效果,也可為礦山開發(fā)的效率帶來(lái)保障。應(yīng)對(duì)檢驗(yàn)及監(jiān)測(cè)工作進(jìn)行嚴(yán)格管理,明確其中的要求,使其發(fā)揮出有效的作用。

4.2合理應(yīng)用綜合勘查技術(shù)及相關(guān)數(shù)據(jù)在礦山工程開發(fā)中企業(yè)應(yīng)合理運(yùn)用綜合勘查技術(shù)來(lái)開展工作,對(duì)需要勘測(cè)的地質(zhì)條件進(jìn)行重點(diǎn)分析,之后根據(jù)具體的地質(zhì)條件來(lái)實(shí)施綜合治理工作,企業(yè)應(yīng)將勘查小組劃分明確,由不同小組來(lái)負(fù)責(zé)不同勘查區(qū)域的內(nèi)容。要求施工人員綜合分析其中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息,及時(shí)進(jìn)行匯總,運(yùn)用先進(jìn)計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行處理,可明確礦山地質(zhì)的情況,為礦山開發(fā)作業(yè)提供可靠的依據(jù)。同時(shí),企業(yè)需要建立專門技術(shù)模板,將不同勘查技術(shù)應(yīng)用中獲取的信息數(shù)據(jù)整合,并且對(duì)其進(jìn)行比較分析,可得到科學(xué)可靠的勘查目標(biāo)。

5結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)前的礦山資源開發(fā)進(jìn)行中需要對(duì)礦山開采的情況進(jìn)行明確,根據(jù)水文地質(zhì)情況來(lái)制定合理的開采方案,可使開采效率提高,減少成本的投入,以實(shí)現(xiàn)開發(fā)的目標(biāo)??蓱?yīng)用遙感勘查技術(shù)、多道瞬態(tài)面波勘查技術(shù)、高密度電阻率勘查技術(shù)、GPS勘查技術(shù)以及數(shù)字化技術(shù)等,獲取礦山開采區(qū)地層結(jié)構(gòu)特征,合理進(jìn)行開采區(qū)鉆探設(shè)計(jì)及設(shè)備選擇,全面預(yù)測(cè)礦區(qū)地層壓力,并且運(yùn)用綜合勘查技術(shù)了解勘查情況,以保證勘查的效果。通過(guò)對(duì)水文地質(zhì)勘查的改善,可使礦山工程開發(fā)作業(yè)帶來(lái)更好的效果。

參考文獻(xiàn)

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作者:趙毓超 單位:河北省地礦局第七地質(zhì)大隊(duì)(河北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局雄安地質(zhì)調(diào)查監(jiān)測(cè)中心)

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