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第一章工程概况
大海则立井井筒施工组织措施
矿业与交通工程学院矿建11-2刘鹏
二0一三年六月十六日
第一章工程概况
第一节工程概况
大海则矿井位于陕西省榆林市榆阳区西部,行政区划隶属榆阳区补浪河乡所管辖,西部靠近内蒙古自治区。
矿井隶属中煤陕西榆林能化有限责任公司,矿井建设规模为25Mt/a,预留30.0Mt/a,矿井设计服务年限88.8年。
副井井筒工程采用冻结法施工,设计和施工总承包单位:
中煤西安设计工程有限责任公司
中煤能源集团陕西榆横矿区大海则矿井位于陕西省榆林市榆阳区西部,行政区划隶属榆阳区补浪河乡所管辖,西部靠近内蒙古自治区。
矿井隶属中煤陕西榆林能化有限责任公司,矿井建设规模为25Mt/a,预留30.0Mt/a,矿井设计服务年限88.8年。
副井井筒工程采用冻结法施工,设计和施工总承包单位:
中煤西安设计工程有限责任公司。
副井井筒井口设计标高+1274.00m,井筒净直径10.0m,井筒深度675.0m,基岩段全程冻结,井筒主要技术特征见下表:
井筒主要技术特征表
序号
项目
单位
副井
1
井口中心座标
m
X=4256294.000
Y=36604910.000
2
井口设计标高
m
Z=+1274.000
3
提升方位角
180°00′00″
4
设计净直径
m
10
5
设计净断面
m
78.5
6
井底车场标高
m
+640.000
7
冻结深度
m
全程
8
井筒深度
m
675.0
9
水平以下深度
m
40
10
井壁厚度
mm
1150~2300
相关硐室工程为:
副井与井底车场连接处8m,净宽7500mm,净高6500mm,支护形式为锚网索喷+钢筋混凝土,支护厚度800mm;清理斜巷、设备通道预留口各4m,净宽3600mm,净高3200mm,支护形式锚网喷+钢筋混凝土,支护厚度500mm;管子道预留口4m,净宽5m,净高3.9m,锚网索喷加砼砌碹复合支护形式,砌碹支护厚度650mm。
井筒井壁结构表
序号
井筒深度m
井壁结构
砼强度等级
钢筋结构
内壁mm
外壁mm
内壁
外壁
内壁
外壁
1
0—10
钢筋砼1150
C30
2
10—135
钢筋砼650
钢筋砼500
C30
双层Ф20、Φ25、Ф10
单层Ф20、Φ25
3
135—175
钢筋砼650
钢筋砼500
C30
C40
双层Ф20、Φ25、Ф10
单层Ф20、Φ25
4
175—285
钢筋砼950
钢筋砼500
C30
C50
双层Ф20、Φ28、Ф10
单层Ф20、Φ25
5
285—390
钢筋砼1300
钢筋砼500
C40
C55
双层Ф20、Φ28、Ф10
单层Ф20、Φ25
6
390—470
钢筋砼1500
钢筋砼500
C40
C60
双层Ф20、Φ32、Ф16
单层Ф20、Φ25
7
470—540
钢筋砼1500
钢筋砼500
C40
C70
双层Ф20、Φ32、Ф16
单层Ф20、Φ25
8
540—674
钢筋砼1800
钢筋砼500
C40
C75
双层Ф20、Φ32、Ф16
单层Ф20、Φ25
9
604—614
钢筋砼2300
C75
四层Ф20、Φ32、Ф16
10
670—675
钢筋砼2300
C75
四层Ф20、Φ32、Ф16
第二节地质水文
含水层:
(1)第四系全新统孔隙潜水含水层
第四系全新统风积沙层(Q4e01);广泛分布于勘查区,厚度变化较大,厚度0~34.50m,平均厚度18.00m。
岩性以浅黄色细、粉沙为主,属透水不含水层组,一般与下伏萨拉乌苏组含水层构成同一含水层。
(2)第四系上更新统萨拉乌苏组冲湖积层潜水含水层组(Q3s)
上更新早期勘查区普遍沉积了河湖相的萨拉乌苏组,因受后期地表经流的冲刷和风蚀作业,呈现出连绵凹凸不平的风蚀地貌景观,厚度0~84.97m,平均厚度22.00m。
低洼区推积厚,梁峁区薄。
地层残缺不全,只保存萨拉乌苏组底部黄褐色、和褐色,局部灰白色细沙层,结构松散,大孔隙,透水性强,水位埋藏较浅,一般2~3m,易于接受大气降水补给,储集条件良好。
(3)第四系中更新统离石组黄土弱透水层组(Q21)
全区大部分地段有分布,厚度0~51.00m,平均21.00m,岩性以黄褐色粉土、亚粘土、亚砂土为主,其中夹数层灰褐色古土壤层,含大量钙质结核,局部钙质结核成层分布。
(4)白垩系下统洛河组沙及风化带孔隙潜水~承压水含水层组(k11)
大部分地区分布。
厚度193.94~360.47m,平均厚度293.51m。
总体有由东南向西北部厚度增大的趋势。
岩性以棕红、紫红色细、中、粗粒长石砂岩为主,矿物成份以石英长石为主,厚层至巨厚层状,交错层理发育,泥质胶结,结构疏松,局部裂隙发育,特别是在顶部30m范围内,风化带岩石破碎、风化裂隙发育。
该层是本区最主要含水岩(层)组、含水性较强。
为本区两个主要含水层之一。
(5)侏罗系中统安定组裂隙承压水含水层组(J1a)
全区分布,厚度44.27~116.13m,平均厚度68.33m,砂岩含水层厚度一般20~40m,是一套紫色、紫杂色细粒、中粒和粗粒砂岩,富水性弱。
(6)侏罗系中统直罗组裂隙承压水含水层组(J1z)
据钻孔揭露,厚度31.60~279.88m,平均厚度166.97m,含水层厚度一般30~60m,含水层为下部浅灰至灰白色中粒巨厚层状长石石英砂岩,富水性弱。
为本区上部可采煤层得间接充水含水层。
(7)侏罗系中统延安组裂隙承压水含水层组(J1y)
为本区含煤地层,地层厚度222.96~268.04m,平均厚度260.24m,含水层岩性以灰色细粒砂岩及中粒砂岩为主。
含水层厚度26.90~121.60m,该含水层是各煤层得直接充水含水层,富水性弱至极弱,且极不均一,层位越深富水性越弱。
涌水量:
预计井筒涌水量为168.52m3/h,井筒实际施工采用冻结法施工,预计施工过程中不受水害影响
施工过程中井筒涌水量有增大的可能。
本区地形地貌为稍有起伏的沙漠滩地,地形不利于自然排水。
本区地质构造简单,岩石主要以软弱—较坚硬岩为主,岩体较完整,以块状及层状结构为主,岩体质量一般,局部地段易发生矿山地质问题。
根据井筒穿过地层的工程地质及水文地质特征结合周围矿井的施工经验,确定井筒施工采用冻结法施工。
第二章大临工程
第一节四通一平
一、交通运输
场外公路及场内临时公路已经形成,满足建井期间材料、设备和其他物资的运输,具备施工条件。
二、供电与通讯
1、供电
根据甲方提供的资料,建井期间副井均使用已形成的双回路6KV永久电源。
根据凿井期间用电负荷的总体布置情况,供电方案是:
由永久变电所将6KV电源引到井口绞车房,供绞车使用,另在井口附近建一临时变电所,内设一台6/0.4kv电力变压器,总容量500kva,低压配电盘,凿井期间用电负荷全部由此接引。
井筒施工期间,随吊盘绳下放。
2、通讯
建井期间通讯联络全部采用无线通讯。
三、供水、排水
1、供水
建井期间的生产用水取自甲方提供的水源井,利用临时管路将水送达施工现场和生活区
2、排水
井下涌水及现场污水经地面排水沟自然沉淀后排至永久排水系统。
第二节平面布置
一、布置原则
1、尽量利用永久工程,必不可少的凿井设施、施工暂设及管线要避开永久建筑物和永久设施;
2、材料场地:
大综材料及设备场地的选择既要避开永久建筑物,又要避免频繁迁移;
3、井筒临时锁口,按绝对标高施工,其余凿井设施的基础表面,按高于自然地表的300mm考虑。
二、平面布置图
见后面
第三章施工工艺
第一节锁口施工
该井筒相对标高±0.000m相当于井口绝对标高+10m,采用临时锁口施工,红砖砌筑,座在冻结段外壁之上。
采用挖机挖土装罐,绞车提升,同时进行临时支护,外壁挖够一个施工段高后砌筑井壁,然后在其上方砌筑临时临时锁口施工,壁后浇筑防水砂浆。
第二节冻结段施工
表土段采用立井冻结表土机械施工,表土段全断面一次掘进,两台挖机配合中心回转式抓岩机挖土,实现挖掘机与中心回转抓岩机配套作业,先挖井筒净径以内部分,然后进行逐段刷帮。
施工前,必须有切实可行的防片帮措施。
冻结基岩段采用钻爆法掘进,采用FJD-6G型伞钻配YGZ-70型凿岩机凿岩,φ25×5000mm六角中空合金钢钎,Φ55mm十字型合金钻头,爆破材料采用三级煤矿许用防冻炸药和抗杂散秒延期电雷管。
井筒冻结基岩段爆破原始条件
序号
名称
单位
数量
备注
1
井筒净直径
m
Φ9.5
2
掘进直径
m
Φ11.8
3
井筒掘进断面
m2
109.3034
4
岩石条件
f
3~6
5
雷管
个
159
抗杂散秒延期电雷管
6
水胶炸药(Ø45)
m/卷、kg/卷
0.4、0.7
三级煤矿许用防冻炸药
井筒冻结基岩段爆破参数表
圈
别
每圈
眼数
(个)
眼深
(mm)
每孔
装药量
(kg/眼)
炮眼
角度
(°)
圈径
(mm)
总装
药量
(kg)
眼间距
(mm)
起爆
顺序
联线
方式
1
8
4700
4.2
90
1800
33.6
689
Ⅰ
并
联
2
13
4500
3.5
90
3800
45.5
909
Ⅱ
3
19
4500
2.8
90
5800
53.2
955
Ⅲ
4
26
4500
2.8
90
7800
72.8
940
Ⅳ
5
33
4500
2.1
90
9800
69.3
932
Ⅴ
6
60
4500
1.75
87
11300
105
602
Ⅵ
合计
159
379.4
井筒冻结基岩段预期爆破效果
序号
爆破指标
单位
数量
1
炮眼利用率
%
89
2
每循环爆破进尺
m
4.0
3
每循环爆破实体矸石量
m3
300
4
每循环炸药消耗量
Kg
379.4
5
单位原岩炸药消耗量
Kg/m3
1.26
6
每米井筒炸药消耗量
Kg/m
94.85
7
每循环雷管消耗量
个
159
8
单位原岩雷管消耗量
个/m3
0.35
9
每米井筒雷管消耗量
个/m
39.75
第三节砌筑
采用MJY型单缝液压整体金属模板施工。
该模板由直模和刃脚两部分组成,模板由地面稳车悬吊,垂深200m以上刃脚与模板组成整体(螺栓连接);垂深200m以下,刃脚采用手拉葫芦挂在直模下,并增设6根保险绳,模板下口增设加强板;刃脚的高度与竖向钢筋的预留接头长度(金属螺纹连接)一致。
单层钢筋外壁模板的立模工艺:
工作面掘够一个施工段高找平后,铺设泡沫板,然后绑扎钢筋、并用砂子回填竖向钢筋的搭接部分,最后落整体刃脚模板找正、浇灌砼。
双层钢筋外壁模板的立模工艺:
工作面掘够一个段高找平后,再落刃脚校正、铺设泡沫板,然后绑扎钢筋、并用砂子回填竖向钢筋的搭接部分,最后落直模找正浇灌砼。
砼由地面集中搅拌站配制,采用底卸式吊桶下料,吊盘上设接灰槽,经由吊盘下悬吊的钢丝铠装耐磨胶管对称入模。
入模砼采用插入式震动棒通过合茬窗口进行分层振捣;每段砼浇筑时,均应进行砼的坍落度控制(入模前的砼坍落度要符合设计要求)。
井筒冻结表土段按设计要求在外层井壁与井帮之间铺设聚苯乙烯泡沫塑料板,该塑料板可根据实际情况进行调整,原则上在深厚粘土段铺设,砂层段在施工中可视冻结井帮温度情况适当减薄,井帮温度为正温时可不铺设。
塑料板采用长圆钉订在冻土壁上,相邻两块塑料板对头放置,尽可能做到接缝密合。
井壁竖筋可采用直螺纹机械连接,环筋采用搭接连接。
砼入模每次浇筑混凝土厚度不得超过300mm,振捣分布间距一般为300~400mm,不得有漏振和震动棒碰撞钢筋的情况。
第四章施工辅助系统
第一节防坠措施
施工前做好施工人员安全教育,提高安全意识;要害工种要经过严格培训持证上岗。
(1)工作人员在下列情况下必须佩带安全带:
①乘坐吊桶或随吊盘升降时;
②在井架或井内设备、设施上作业时;
③在翻矸台的围栏外作业时;
④在模板、吊盘、大型设备上作业时。
⑨带上安全带。
(3)保险带在每次使用前必须检查,发现损坏必须立即更换。
必须定期按照有关规定进行试验。
保险带必须拴挂生根牢固。
(4)井下人员应避开吊桶提升位置。
2.井口防坠
(1)井口设置栅栏门,并只有在通过人员和材料是打开,非工作人员严禁进入;井口必须具有“佩带安全帽”和“防止坠物”等安全警示标语,并突出醒目。
(2)封口盘的井盖门及各管线、设备的通过平时必须盖好封严;各绳孔和井盖门缝隙必须用胶皮封闭严密;井口不得堆放杂物,井口房内要经常打扫,保持清洁。
(3)井内吊桶提升至井口60~80m时,要及时打开井盖门,防止吊桶顶撞井盖门造成事故;也不能开早,以防坠物。
(4)井盖门打开时,严禁非工作需要而从护栏外向下探望,需要探望时,要防止随身物品坠入井下。
(5)升降管线需要打开通过口时,必须将通过口清理干净,确认无杂物时方可打开;管线升降通过封口盘孔口时,看管人员使用的工具必须用绳拴牢,并注意不能将管子卡子等物件刮落井下。
(6)在井口接管时必须盖严通过口,确保不会坠物,工具物料不得随手乱扔,工作结束后必须将现场清理干净并盖好通过口。
(7)井口工作人员要切实负责,上下人员或物料时,严格按照操作规程管理,不得违章作业;严禁人、货混装。
3.吊盘防坠
(1)吊盘上下不得摆放无用的工具、材料等;在吊盘上使用的工具必须用绳拴牢,作业时防止工具和材料坠入井底。
(2)吊盘要经常检查,吊盘上的盖门、栏杆、扶手等必须齐全完好,发现问题及时处理。
(3)悬吊的设备及管线需要起落是,吊盘通过口必须有人看管,防止挂碰。
(4)爆破后,要仔细检查清理吊盘上的落石,特别是下层盘的工字钢槽内。
4.提升防坠
(1)提升钢丝绳、吊桶及其附属装置等应按规定经常实验和检查,防止损害坠落;吊桶的连接装置、桶梁的安全系数必须符合规程的规定;提升吊桶上方必须按照规定设置保护伞。
(2)严格执行吊桶乘坐制度,乘坐人员必须听从把钩人员指挥;乘坐吊桶时,必须等吊桶停稳并得到信号工同意后,方可上、下,并抓牢固物以防坠人;人员乘坐吊桶时,不得将手和头伸出桶外,不得将所携带的工具伸出吊桶外,更不得往桶外投掷任何物品。
(3)提升、悬吊系统必须安排专人负责。
(4)乘坐吊桶悬空作业时,必须先同信号工、把钩工联系好,系好保险带,拴好工具,稳好吊桶,确保不会坠人、坠物方可作业。
(5)在吊盘喇叭口处,从吊桶中装卸物料时,必须拿好拴牢,防止人、物坠落。
(6)利用吊桶钩头下放设备、物料时,必须由专人捆绑和挂钩,在打开井盖门前,必须做起吊实验。
(7)人员在吊桶内利用物件敲击吊桶作为信号时,必须在吊桶内敲击。
5.抓岩机防坠
(1)抓岩机上的工作人员使用的工具必须栓绳,材料物品必须固定牢固。
(2)抓岩机上的部件应经常检修,损坏部分要及时更换,紧固件要经常检修,发现松脱的要及时处理。
(3)严格按照操作规程操作,工作时要留心观察和监听各部件的情况,发现异常及时处理,防止部件损坏坠落。
(4)抓岩机上、下井要编制专项措施和操作规程,并落实到有关工作人员执行。
6.天轮平台和卸矸台防坠
(1)在天轮平台、卸矸台上作业时腰系保险带,工具要栓绳,材料要放好,工作完成后要将现场清理干净。
(2)卸矸台上存放的电缆要排放整齐并用绳固定;不得存放不适用的物品,要经常打扫保持清洁。
(3)天轮平台、卸矸台上的机械设备安装要牢固,栏杆要牢固可靠,要经常检查,发现脱落损坏必须及时处理。
(4)天轮平台、卸矸台进行大检修时,要编制专项安全技术措施。
(5)在天轮平台至井口段进行检查、检修、拆卸、安装等所有作业时,任何情况下都不得抛、接物品,不得从事与固定点没有任何联系的作业,高空作业必须使用工具包,扳手等工具要拴保险绳。
(6)卸矸台及以下的各盘不用孔洞,必须封严或加盖门,对各盘上的铺板和固定螺栓、螺帽要经常检查维护。
7.井壁及砌壁防坠
(1)应按照施工措施规定控制井筒不支护段高,不能超过措施的规定。
(2)施工中,及时处理危岩活石,防止偏帮伤人。
(3)不得在井壁上悬吊东西,必须悬吊时要经过批准,并必须固定牢靠;在作业点附近临时悬吊的,用后要及时取下,以免过后坠落伤人。
(4)模板起落由班长统一指挥,地面应有专人监护;模板起落时,模板及其悬吊钢丝绳下严禁站人,以防绳断伤人。
(5)爆破后,要仔细检查清扫模板上的矸石。
*8.伞钻检修防坠
(1)关好井盖门,防止检修伞钻时,有物品坠入伤人。
(2)检修工具用绳拴好。
(3)上伞钻的人员要系好安全带,并确定安全牢固。
(4)检修好,下钻前,要彻底检查伞钻上是否还有工具、零件残留。
(5)打扫好井盖及周围的杂物。
*9.下钻防坠
(1)夺钩要确定各绳索绑定完好,并注意人员的安排,防止碰撞人员。
要捆绑好伞钻。
(2)通过喇叭口时,要控制好下降速度,谨防伞钻与空口有碰撞。
(3)快到工作面时,放慢速度,防止伞钻与工作面的机械、人员发生碰撞。
第二节设备布置
井筒布置两套单钩配大容积吊桶提升;采用伞钻凿岩,井筒内布置两台中心回转式抓岩机出矸;井筒内压风管、供水管、排水管及风筒(尽量靠近井壁)均采用井壁固定。
井筒净径为9.5m,井深675.0m,为确保安全、快速施工,布置两套单钩提升。
其中3#、4#吊盘绳分别兼作主、副提升的一根稳绳,根据以往施工经验,采取一定的措施后,可以实现该吊盘绳零磨损,具体措施如下:
(1)加大吊盘绳的强度:
设计选用18×7-40-1770型钢丝绳,安全系数达到6.65(规定为6),超过安全允许强度的11%;
(2)稳绳滑套采用尼龙滚轮结构,使以往的滑动磨擦变为滚动磨擦,减轻钢丝绳的磨损;
(3)加强对吊盘钢丝绳的检查工作,并指定专人采用煤矿专用的钢丝绳检查仪进行定期检查。
第三节压风系统
凿井期间以井筒用伞钻打眼及一台风泵排水时的耗风量为最大,则最大耗风量Q为:
Q=abcd(q钻+q泵)=1.15×1.1×0.82×0.9×(100+4.5)=97.6m3/min
式中a—管网漏风系数,1.15
b—机械磨损使耗风量增加的系数,1.1
c—凿岩机同时使用系数,0.82
d—同时打钻用风不均衡系数,0.9
供风量Q1为:
Q1=Q(1+20%)=117m3/min;井筒凿井期间利用甲方的永久压风系统,可满足不同施工工序的用风需要。
地面压风干管选用Φ219×6mm无缝钢管,井下选用Φ159×6mm的无缝钢管;井筒压风管采用井壁固定。
第四节供、排水系统
4.4.1供水管选型及供水方式
供水管内最大拉应力按拉麦公式计算,推导出孔口管的管壁厚度δ:
式中:
d0------无缝钢管内径,取38mm
δc----无缝钢管管壁附加厚度,2mm
σs-----无缝钢管的允许应力,取80MPa
P-------注浆终压,取25MPa
λ------超载系数,λ取1.1
代入上式得δ=5.73mm,取δ=6.0mm
根据井筒施工供水及基岩段各含水层组的注浆压力,均选φ50×6mm供水管(兼注浆管),能满足施工排水需要。
井筒施工用水均由地面供给,沿井壁固定一趟Φ50×6mm供水(注浆)管路,以高压法兰联接(500m以上≥160kgf,500m以上≥250kgf),在上层吊盘设释压水箱,以适应凿岩等用水压力的需要。
4.4.2排水管选型
排水管选用Φ127mm无缝钢管沿井壁固定。
排水管选型计算如下:
①管径:
根据以往排水经验,φ127mm无缝钢管排水量达130m3/h。
理论计算:
Q=3600πvD2/4
式中D----排水管内径,取0.115m
v----管道中水流平均速度,取3.3m/s
Q----排水量,m3/h
计算出Q=123m3/h。
②排水管壁厚计算
排水管内最大拉应力按拉麦公式计算,推导出孔口管的管壁厚度δ:
式中:
d0------无缝钢管内径,取115/113mm
δc----无缝钢管管壁附加厚度,2mm
σs-----无缝钢管的允许应力,取80MPa
p-------最大排水压力,取8/9.5Mpa
λ------超载系数,λ取1.1
代入上式得δ=4.8/5.9mm,取δ=5.0/6.0mm
根据计算及基岩段各含水层组涌水量,垂深800m以上选用φ127×5mm排水管,垂深800~950m选用φ127×6mm排水管,垂深950m以下选用φ127×7mm排水管,能满足施工排水需要。
4.4.3排水方式
当涌水量小于10m3/h时,采用工作面风动潜水泵向吊桶排水,吊桶带水排到地面。
当井筒涌水量大于10m3/h时,在吊盘中层安装一台排量为50m3/h的卧泵,由工作面风泵排水至吊盘水箱,再由卧泵排水至地面。
排水管选用Φ127mm无缝钢管,用高压法兰连接,排水管沿井壁固定。
第五节通风系统
1、通风系统
井筒施工采用压入式通风方式。
选用一路Φ0.9m玻璃钢风筒,风筒均沿井壁固定,用树脂锚杆固定吊挂。
2、井筒需风量计算
1)按瓦斯涌出量计算
Q=100kq=100×1.5×1.7=255m3/min
式中:
q——瓦斯绝对涌出量,1.7;
k——通风系数,取1.5。
2)按工作面同时工作最多人数计算:
Q=4N=4×45=180m3/min
式中:
Q—风量
N—工作面同时工作最多人数,45人
3)采用压入式通风,计算所需风量
Q=7.8/t×3√A(SL)2k/p2
式中Q-----工作面所需风量,m3/min
A-----同时爆炸药量,303.8kg
S-----井巷净断面积,50.3m2
L-----最大排烟长度,1015.2m
k-----淋水系数,取0.3
t-----通风时间,取50min
p-----风筒进出风量比,取1.4
代入上式得Q=764m3/min
4)风速验算:
4×60S=12072>764>0.25×60S=754.5m3/min
故井筒施工期间,井筒工作面迎头风量为764m3/min时,满足施工要求。
二、风机风量计算
①按排除炮烟计算风机风量
Qm=pQ=1.4×764=1070m3/min;
②风筒通风阻力hL
沿程摩擦风阻:
Rm=6.5αL/D5=20.1Pa.s2/m6
局部风阻:
Rz=n1ξγ/2gs2+n2ξγ/2gs2=1.5Pa.s2/m6
出口风阻:
Rc=0.818γ/gD4=0.16Pa.s2/m6
式中:
Rm—风阻,Pa.s2/m6
α—摩擦阻力系数,查表取0.0018Pa.s2/m2
L—风筒长度,1015.2m
D—风筒直径,0.9m
n1—风筒接头数,101个
n2—风筒转弯数,1个
ξ—风筒局部阻力系数查表取0.09
γ—空气相对密度,取1.29
S—风筒断面积,0.636m2
g—重力加速度,9.81m/s2
hL=(Rm+Rz+
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