可可盖煤矿全矿井机械破岩智能化建井关键技术与装备 被引量：59

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作者 范京道 封华 +6 位作者 宋朝阳 任怀伟 马英 汪青仓 谭杰 刘全辉 李川 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期499-514,共16页

我国西部煤矿资源开发是保障煤炭资源供给的战略性任务,少人、安全、绿色、机械化、智能化矿井建设是现阶段煤炭智能化发展的必然趋势和重要方向。首先梳理了我国煤矿斜井和竖井全断面机械破岩掘进技术和装备现状,分析了适用煤矿井筒掘... 我国西部煤矿资源开发是保障煤炭资源供给的战略性任务,少人、安全、绿色、机械化、智能化矿井建设是现阶段煤炭智能化发展的必然趋势和重要方向。首先梳理了我国煤矿斜井和竖井全断面机械破岩掘进技术和装备现状,分析了适用煤矿井筒掘进的不同类型装备机械破岩掘进工作面临的共性难题;针对可可盖煤矿典型的西部富水弱胶结地层条件,确定了可可盖煤矿斜井和竖井联合开拓方案,并从地层条件、装备性能、围岩控制和经济合理性等方面,研判了采用斜井TBM掘进和竖井钻机钻井的可行性,提出了智能化建井建智能矿井的理念,构建了可可盖煤矿全矿井机械破岩智能化建井模式;针对可可盖煤矿地层岩石强度低、扰动敏感的特性,突破了斜井敞开式TBM掘进高效破岩与围岩控制、连续排渣、装备推进与支撑协同控制等技术,实现了TBM姿态大幅度调整,一次掘进断面面积40 m2,形成了“探-破-支-运”一体化连续掘进技术体系,单月最高掘进进尺523.8 m;首次在西部富水弱胶结地层中采用竖井钻机钻井,提出了全岩地层竖井“一钻完井”工艺,形成了适用我国西部煤系地层钻井法凿井的大型竖井钻机及其配套装备体系,包括大直径全断面钻头结构、稳定钻杆、大型门式起重机以及竖井钻机高效集中控制系统,攻克了竖井钻机配套大型门式起重机安装、起下钻智能控制、竖井钻机高效钻进等关键技术与智能监控难题,实现了西部富水弱胶结岩石地层8.5 m大直径井筒高效钻进,单日最高钻进进尺10.8 m。 展开更多

关键词 智能煤矿 矿井建设 机械破岩 TBM 竖井钻机钻井

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基于CLSRIME-XGBOOST的带式输送机托辊故障诊断方法

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作者 江帆 程舒曼 +4 位作者 朱真才 周公博 李强 刘全辉 宋鸿炎 《振动.测试与诊断》 北大核心 2025年第4期666-673,840,共9页

针对声音信号分析在诊断带式输送机托辊故障中的高维特征存在信息冗余、计算量大和诊断效果不理想等问题,笔者构建了声音信号特征精简策略,基于Circle混沌映射、Levy飞行策略和正弦因子改进了霜冰优化算法(rime optimization algorithm... 针对声音信号分析在诊断带式输送机托辊故障中的高维特征存在信息冗余、计算量大和诊断效果不理想等问题,笔者构建了声音信号特征精简策略,基于Circle混沌映射、Levy飞行策略和正弦因子改进了霜冰优化算法(rime optimization algorithm,简称RIME),记作CLSRIME。再结合极致梯度提升模型(extreme gradient boosting,简称XGBOOST),构建了CLSRIME-XGBOOST带式输送机托辊轴承故障诊断方法。首先,利用梅尔倒谱系数(Melscale frequency cepstral coefficient,简称MFCC)融合方法提取信号关键特征,并通过t-分布领域嵌入算法(t-distributed stochastic neighbor embedding,简称tSNE)进行降维,构建了基于MFCC和tSNE的精简特征提取策略;其次,针对RIME存在初始种群分布不均、霜冰粒子搜索能力弱、收敛速度较慢的问题,引入Circle混沌映射、Levy飞行策略和正弦因子,设计了CLSRIME;最后,利用CLSRIME优化XGBOOST中树的深度、迭代次数及学习率等参数,构建了基于CLSRIME-XGBOOST的诊断模型。结果表明,所提方法能够精简表征托辊轴承故障状态的特性信息,改善了RIME的优化性能,提高了传统XGBOOST诊断模型的准确率,为带式输送机托辊故障诊断提供了新思路。 展开更多

关键词 带式输送机 改进RIME算法 MFCC XGBOOST 故障诊断

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基于螺旋布纤方式的新型矿用测力锚索

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作者 胡生奎 蔡俊辉 +3 位作者 赵一超 刘然 王其洲 刘锦玉 《金属矿山》 北大核心 2025年第4期54-60,共7页

针对传统锚索应力监测技术难以实现索体全长范围应力和应变监测的难题,采用仪器设计、理论分析和数值模拟方法,设计了一种基于光纤光栅传感技术和螺旋布纤方式的矿用测力锚索。通过将光纤布拉格光栅(FBG)传感器嵌入至锚索外丝的螺旋凹槽... 针对传统锚索应力监测技术难以实现索体全长范围应力和应变监测的难题,采用仪器设计、理论分析和数值模拟方法,设计了一种基于光纤光栅传感技术和螺旋布纤方式的矿用测力锚索。通过将光纤布拉格光栅(FBG)传感器嵌入至锚索外丝的螺旋凹槽内,对锚索内部和全长范围的应力、应变进行监测。结合几何投影和弹性理论,建立了锚索内外丝轴向应力和应变关系,并利用空间直角坐标系进行三维坐标拟合,分析锚索轴向力和扭转变形,提出了索体轴力及扭转的耦合计算方法。同时,基于ABAQUS数值模拟验证了理论模型的准确性。研究表明:基于螺旋布纤方式的矿用测力锚索理论模型在弹性阶段具有较低的误差,平均误差为3%,最大误差为9%;进一步解释了锚索荷载传递机制。该螺旋布纤方式新型矿用测力锚索可实现锚索全长范围内应力和应变的实时监测,对巷道围岩支护的安全评估和灾害预警提供了重要的技术支持。 展开更多

关键词 光纤光栅传感器 矿用测力锚索 ABAQUS 应力监测

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基于多维信息协同神经网络的轴承跨工况故障诊断

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作者 李庆 周公博 +4 位作者 周坪 闫晓东 韩链锋 李强 马国庆 《振动与冲击》 北大核心 2025年第13期296-308,共13页

目前大多数域泛化学习方法的实现依赖多源域和有标签数据,然而,在轴承的复杂运行工况下,对机械进行完整的监测数据采集非常困难。针对不完备信息下的跨工况故障诊断任务,提出了一种基于多维信息协同神经网络(multi-dimensional informat... 目前大多数域泛化学习方法的实现依赖多源域和有标签数据,然而,在轴承的复杂运行工况下,对机械进行完整的监测数据采集非常困难。针对不完备信息下的跨工况故障诊断任务,提出了一种基于多维信息协同神经网络(multi-dimensional information collaborative neural network,MICNN)的轴承跨工况故障诊断方法。MICNN包括协同归一化(collaborative normalization,CNM)策略和多维时空特征融合模块(multi-dimensional spatiotemporal feature fusion module,MSTFF)。CNM通过集群和样本个体两种维度上的特征统一和信息融合来减少协变量偏移和过拟合现象;MSTFF通过通道和空间维度上的关键特征捕捉和信息交互来增强域不变特征的提取。所提方法在PU数据集、江南大学数据集和实验室自建数据集的6个不同跨工况任务中平均准确率分别达到了98.74%、96.59%和93.81%,与现有主流的方法相比,所提方法具有更好的故障诊断效果。 展开更多

关键词 域泛化 故障诊断 归一化 注意力机制 卷积神经网络

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裂隙倾角对冲击倾向煤渐进失稳特征影响研究

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作者 刘全辉 胡生奎 +2 位作者 赵一超 曹宇 何琪 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第4期125-133,共9页

冲击地压煤层爆破卸压产生的裂隙分布广泛,为探明裂隙倾角对具有冲击倾向煤体渐进失稳特征的影响,开展了不同裂隙倾角煤样的单轴压缩试验研究。试验结果表明:①随着裂隙倾角增大,煤样峰值强度、弹性模量呈增大趋势,峰值应变先增大后减... 冲击地压煤层爆破卸压产生的裂隙分布广泛,为探明裂隙倾角对具有冲击倾向煤体渐进失稳特征的影响,开展了不同裂隙倾角煤样的单轴压缩试验研究。试验结果表明:①随着裂隙倾角增大,煤样峰值强度、弹性模量呈增大趋势,峰值应变先增大后减小再增大,横向峰值应变先增大后减小。②随着裂隙倾角增大,煤样起裂和损伤特征应力呈阶梯形变化;起裂和损伤应力呈“三段式”递增,0°、15°、30°、45°时特征应力线性增大,45°、60°、75°时特征应力快速上升,75°、90°时特征应力缓慢上升。③提出了冲击能指数、屈服度、破坏时间步及峰前裂隙占比联合评价冲击倾向性的方法,发现45°裂隙煤样冲击倾向性最弱。④建立了裂隙煤样渐进失稳模型以剖析其失稳机理。当倾角小于60°时,煤样失稳受预制裂隙影响显著,起裂位置位于裂隙尖端或中部且以拉剪切混合破坏为主;当倾角大于60°时,裂隙对失稳行为的影响较弱。 展开更多

关键词 冲击倾向煤 裂隙倾角 渐进失稳 裂纹演化 力学参数 特征应力

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煤矿超长斜井破碎地层敞开式TBM掘进技术与应对方法研究 被引量：6

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作者 刘全辉 汪青仓 +4 位作者 宋朝阳 赵一超 何琪 张同钊 刘锦玉 《煤炭工程》 北大核心 2024年第7期53-58,共6页

TBM因施工安全、自动化程度高、掘进速度快等特点,已成为斜井机械化、自动化和智能化建设的重要掘进装备。西部弱胶结地层围岩强度低、承载能力差,TBM在穿越破碎地层时发生塌方、卡机、栽头和掘进偏斜等风险概率较高,为此开展了西部煤... TBM因施工安全、自动化程度高、掘进速度快等特点,已成为斜井机械化、自动化和智能化建设的重要掘进装备。西部弱胶结地层围岩强度低、承载能力差,TBM在穿越破碎地层时发生塌方、卡机、栽头和掘进偏斜等风险概率较高,为此开展了西部煤矿超长斜井破碎地层敞开式TBM掘进技术与应对方法研究。基于可可盖煤矿斜井穿越地层和工程条件,制定了适应地层条件的TBM掘进参数调整方案,提出了刀盘转速、撑靴压力、刀盘扭矩、推进速度等掘进参数的控制方法,最大限度发挥了TBM高效掘进的性能;提出了斜井穿越破碎地层时,钢拱架、超前注浆、锚网支护等综合围岩加固方法;优化了辅助作业设备的配置方案及掘进作业流程,形成了注浆加固、围岩强支护、设备随掘协同的破碎地层安全施工技术,保障了可可盖煤矿斜井破碎地层敞开式TBM的安全与快速掘进。 展开更多

关键词 矿井建设 超长距离斜井 TBM 围岩支护 快速掘进

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气化灰渣凝胶泡沫特性及防灭火性能 被引量：1

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作者 张铎 刘学学 +2 位作者 刘俊栋 赵得福 孔祥俊 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2024年第3期456-466,共11页

为研究气化灰渣凝胶泡沫对煤的阻化作用,从微观角度探讨了凝胶剂对气化灰渣凝胶泡沫稳定性的影响,宏观比较了3种不同类型凝胶泡沫的形貌特征与煤表面覆盖的成膜效果,通过测量材料在不同水灰比下的流变特性,分析气化灰渣颗粒对凝胶泡沫... 为研究气化灰渣凝胶泡沫对煤的阻化作用,从微观角度探讨了凝胶剂对气化灰渣凝胶泡沫稳定性的影响,宏观比较了3种不同类型凝胶泡沫的形貌特征与煤表面覆盖的成膜效果,通过测量材料在不同水灰比下的流变特性,分析气化灰渣颗粒对凝胶泡沫的黏度、剪切应力和屈服应力的影响,最后利用程序升温试验和热重试验研究了气化灰渣凝胶泡沫的防灭火性能。结果表明:适当的凝胶剂浓度有利于维持泡沫稳定存在,当添加胶凝剂浓度为0.6%时,凝胶泡沫的显微形貌和基本参数最佳;气化灰渣凝胶泡沫覆盖在煤表面的成膜效果最好,经过7 d后在煤表面仍可形成完整的保护膜;随着水灰比的降低,凝胶泡沫的剪切应力和黏度逐渐增加,水灰比为2∶1时泡沫更不易流动;经气化灰渣凝胶泡沫处理后煤样的临界温度T1提升至72℃,干裂温度T2提高了30℃,有效抑制煤氧化进程,且100℃时泡沫的阻化率达到了63.6%。这种新型泡沫防灭火技术为煤自燃防治提供了新的可能,为固废资源化利用提供了新思路。 展开更多

关键词 防灭火 气化灰渣 凝胶泡沫 流变特性 凝胶剂

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超长斜井TBM掘进始发硐室围岩稳定性分析及加固技术研究 被引量：1

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作者 汪青仓 刘全辉 +4 位作者 宋朝阳 王文忠 刘渭 赵一超 张同钊 《煤炭工程》 北大核心 2024年第12期32-37,共6页

全断面隧道掘进机(TBM)具有高度机械化、自动化、掘进效率高等优势,已逐步应用于煤矿斜井与岩巷掘进工程。通过分析可可盖煤矿斜井穿越的洛河组地层特性对斜井TBM始发硐室围岩稳定性的影响,开展现场锚杆拉拔力测试、原位强度测试、撑靴... 全断面隧道掘进机(TBM)具有高度机械化、自动化、掘进效率高等优势,已逐步应用于煤矿斜井与岩巷掘进工程。通过分析可可盖煤矿斜井穿越的洛河组地层特性对斜井TBM始发硐室围岩稳定性的影响,开展现场锚杆拉拔力测试、原位强度测试、撑靴支撑性能模拟等试验分析,并提出了超长斜井TBM始发硐室围岩加固及TBM撑靴支撑方案。研究结果表明,洛河组地层TBM始发硐室围岩的锚杆拉拔力均能达到100 kN以上,测试段洛河组地层岩石平均抗压强度为23.1 MPa,单体支柱支撑围岩受压强度达到33 MPa时,围岩未发生溃散、崩裂现象。基于现场测试结果,提出了TBM始发硐口处顶部管棚加固、掘进段顶部锚网喷支护和TBM进硐稳定支撑推进方案。经过洛河组地层TBM直接进硐掘进的工业试验,验证了洛河组地层TBM始发硐室围岩加固技术的可靠性和安全性,可为同类地层斜井TBM直接进硐方案设计与施工提供参考。 展开更多

关键词 矿井建设 超长距离斜井 TBM 围岩支护

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大断面托顶煤巷道支护技术研究 被引量：15

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作者 孙小岩 贺永亮 张志聪 《煤炭工程》 北大核心 2021年第5期51-56,共6页

随着煤矿开采深度的不断加深,为了满足大型设备的正常使用,巷道断面的日益扩大,给巷道支护及围岩稳定性带来巨大挑战。基于义马常村矿21170工作面巷道工程地质条件,采用现场测试、数值模拟、理论分析及现场试验等方法,对大断面托顶煤巷... 随着煤矿开采深度的不断加深,为了满足大型设备的正常使用,巷道断面的日益扩大,给巷道支护及围岩稳定性带来巨大挑战。基于义马常村矿21170工作面巷道工程地质条件,采用现场测试、数值模拟、理论分析及现场试验等方法,对大断面托顶煤巷道的破坏特征进行分析,研究了大断面托顶煤巷道的变形破环特征和支护理论,大断面托顶煤巷道变形破坏的诱发因素,提出了大断面托顶煤巷道"全断面控型易损部位强化控制技术",并确定21170工作面巷道的扩掘方案,现场应用效果显著。对大断面托顶煤同类巷道支护具有借鉴作用。 展开更多

关键词 巷道断面 托顶煤 围岩支护 梯次支护 让压减跨

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我国矿山竖井凿井技术现状与发展趋势 被引量：68

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作者 谭杰 刘志强 +3 位作者 宋朝阳 刘全辉 龙志阳 宁方波 《金属矿山》 CAS 北大核心 2021年第5期13-24,共12页

矿山竖井工程作为矿井建设的重要组成部分,是保障矿山资源安全与高效开发整个产业链的首要和关键工程。目前我国竖井凿井技术解决了穿越东部深厚冲积层、西部富水弱胶结地层以及金属矿千米深硬岩地层的关键技术难题,解决了竖井凿井过程... 矿山竖井工程作为矿井建设的重要组成部分,是保障矿山资源安全与高效开发整个产业链的首要和关键工程。目前我国竖井凿井技术解决了穿越东部深厚冲积层、西部富水弱胶结地层以及金属矿千米深硬岩地层的关键技术难题,解决了竖井凿井过程中千米级深井围岩改性及其稳定性控制技术,研发了千米深井快速掘砌关键技术及系列化的大型配套装备,满足了我国东部、中部、西部现有地下矿产资源开发、大规模矿井建设需求,形成了较为完备的成套技术工艺与装备。鉴于我国地下矿产资源开发不断走向深部的趋势,全面综述了我国矿山竖井工程的总体概况,总结了以爆破破岩、排渣、凿井井架、提吊、井壁浇筑和围岩改性等凿井工艺的关键技术与装备的发展历程及新进展,分析了竖井钻机、反井钻机和竖井掘进机等机械破岩钻井装备及其相适应的钻井技术与工艺特点,提出了我国深竖井工程在地质精准探测、岩爆防控、高温防治、深井提升和智能钻井5个主要方面面临的挑战与发展趋势。未来很长一段时间内,我国矿山竖井建设已取得的基础理论、关键技术、系列装备和成熟工艺依然为深地资源开发、复杂地层条件建井、非煤矿山等领域,以及水利、交通、铁路、市政、电力等领域的地下工程建设与开发提供重要的技术支撑,并逐步向无人化、机械化、信息化和智能化矿井建设方向发展,为我国地下空间的开发利用和科技进步作出重要贡献。 展开更多

关键词 矿井建设 竖井 钻爆法 机械破岩 智能钻井

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智能化建井理论技术研究与工程实践 被引量：20

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作者 范京道 魏东 +7 位作者 汪青仓 封华 刘渭 刘全辉 黄克军 闫振国 刘家佳 李川 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期470-483,共14页

基于煤矿建井阶段的智能化发展需求,提出了“智能化建井,建智能矿井”的定义与科学内涵,阐述了智能化建井在煤矿智能化建设中的重要作用;分析了西部地区建井面临地质条件复杂、基础理论研究薄弱、智能化建井装备研发滞后及工程技术突破... 基于煤矿建井阶段的智能化发展需求,提出了“智能化建井,建智能矿井”的定义与科学内涵,阐述了智能化建井在煤矿智能化建设中的重要作用;分析了西部地区建井面临地质条件复杂、基础理论研究薄弱、智能化建井装备研发滞后及工程技术突破难等问题;构建了由感知层、传输层、边缘层、平台层和执行与应用层组成的智能化建井系统总体架构,研发了由斜井掘进控制、竖井钻进控制及综合保障系统构成的智能化建井协同控制系统;总结了煤矿智能化建井通过基础理论研究、工艺设计、智能装备研制、控制系统研发、现场工程示范的一体化研究思路,解决煤矿建井过程中全断面机械破岩效率低、掘进复杂地层难、地下水防治及井筒稳定性与支护困难的技术难题。通过延长石油集团可可盖煤矿的智能化建井工程实践,形成了斜井敞开式全断面智能掘进工法,实现了斜井掘进“探-掘-支-锚-运”一体化作业;形成了竖井“一钻完井”智能化钻井工法,实现了竖井钻进“井下无人施工”本质安全作业,打造了行业智能化建井的工程与技术示范,形成了煤矿智能化建井的“延长模式”。最后结合煤矿智能化发展趋势,提出煤炭行业建井应共同遵循的原则与目标、当前工作和发展方向,并号召全行业聚焦智能化建井技术领域,推动煤矿建设向安全高效绿色智能方向发展。 展开更多

关键词 智能矿井 斜井智能掘进 一钻完井 智能化建井 延长模式

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煤矿超长斜井敞开式全断面掘进机施工可行性分析 被引量：12

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作者 汪青仓 刘全辉 +2 位作者 宋朝阳 李强 任怀伟 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期310-320,共11页

斜井是保障矿山高效生产的矿井开拓方式之一,可实现矿井主运连续化,大型采、掘、运装备可采用无轨胶轮化直接下井,无需地面拆解和井下大硐室中组装的复杂工序。为满足陕西可可盖煤矿10.0 Mt/a的产能需求,基于井筒开拓方式影响因素的分... 斜井是保障矿山高效生产的矿井开拓方式之一,可实现矿井主运连续化,大型采、掘、运装备可采用无轨胶轮化直接下井,无需地面拆解和井下大硐室中组装的复杂工序。为满足陕西可可盖煤矿10.0 Mt/a的产能需求,基于井筒开拓方式影响因素的分析以及可可盖煤矿工程地质与水文地质条件的分析,提出了4版矿井开拓方案,考虑到外部运输条件便利、场地集中便于管理、缓坡斜井无轨胶轮化和无需换装等优势,初步确定了井田西部主副斜井+中部进回风立井的开拓方案;进一步梳理了煤矿长距离斜井钻爆法与机械破岩施工技术发展的现状与趋势,鉴于现有钻孔爆破法和悬臂掘进机作业线施工斜井存在掘进效率低、工序多、风险高等问题,提出了超长斜井采用全断面掘进机掘进的技术方案,论证了采用敞开式全断面掘进机施工的可行性和适用性;通过对比分析斜井围岩管片支护与锚网喷支护的优缺点,选择了近工作面锚网喷与局部围岩较破碎区段增设钢拱架的支护方式。根据可可盖煤矿工程地质与水文地质条件、环境条件、工程条件、建井技术、装备性能、施工工期、投资成本等因素的综合分析,可可盖煤矿主副斜井建设技术装备具有可行性和先进性,为同类型矿井开拓方式选择与超长斜井施工技术装备的确定提供了参考,为煤矿安全高效、绿色智能建设和发展奠定了基础。 展开更多

关键词 矿井开拓 超长距离斜井 敞开式全断面掘进机 建井

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