检索结果-内蒙古大学图书馆

煤炭学报 2025年第2期50卷 944-964页

作者：杨科张寨男华心祝刘文杰吕鑫池小楼王长城李彩青安徽理工大学深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南232001

煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术是指导深部高瓦斯松软低渗煤层瓦斯高效抽采的关键手段。据此提出煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采工程全生命周期开发思路,包括前期科学规划、中期工程施工和后期安全管理3个阶段。梳理了煤... 详细信息

煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术是指导深部高瓦斯松软低渗煤层瓦斯高效抽采的关键手段。据此提出煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采工程全生命周期开发思路,包括前期科学规划、中期工程施工和后期安全管理3个阶段。梳理了煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采全生命周期开发研究进展,构建了煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采关键科学问题的总体研究框架,并概述了其未来发展方向。结果表明:煤层顶板水平井分段压裂裂缝扩展受地质因素、施工参数和物性参数等影响变得极其复杂,综合评价裂缝扩展多因素影响下的主次关系,揭示多因素影响下的煤层顶板压裂裂缝扩展机理是亟待解决的问题。探寻应力、水、温度与煤体因素耦合对煤层瓦斯吸附、解吸与运移的促进与抑制作用的临界关系,建立多因素临界指标下的煤层瓦斯吸附与解吸最优模型,是实现煤层瓦斯高效排采的关键。目前,煤层顶板压裂遗留水在污染水源、抑制瓦斯排采和危险性聚集方面的研究不足,且缺乏“中国化”的管理经验和技术支撑。以煤层顶板压裂工程全生命周期开发思路为导向,分析了其高耗水性、压裂液选择及潜在污染、支撑剂合理选择、空气污染和地震风险等人文环境问题,提出了与之相对应的政策法规制定思路。实现复杂环境中多裂缝竞争扩展实时精准监测,揭示多因素影响下煤层顶板分段压裂与跨界面裂缝扩展机理,构建煤层顶板水平井分段压裂裂缝扩展有效影响半径评价模型,探究三向应力与煤体结构双重异性条件下水气运移规律,实现煤层顶板水平井压裂水气聚合潜在危险区超前探测,建立煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采效果的精细化评价模型是目前亟待解决的关键科学问题。最后对煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术的精准化、协调化、智能化、综合化和示范化发展方向进行了展望。

关键词：顶板水平井全生命周期卸压效果水气运移潜在危险区排采效果

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煤系砂岩受载破裂全程多尺度多参数测试及表征

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中国矿业大学学报 2025年第1期54卷 172-185页

作者：张平松刘畅安徽理工大学深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001

淮南矿区已进入A组煤开采的关键时期,随着开采深度的增加,面临的岩石力学问题愈加复杂,煤系砂岩作为采场围岩的重要组成部分,对其力学性质、地质地球物理性质的研究至关重要.从细观、试件以及岩层实测角度出发,获得煤系砂岩的裂隙演化... 详细信息

淮南矿区已进入A组煤开采的关键时期,随着开采深度的增加,面临的岩石力学问题愈加复杂,煤系砂岩作为采场围岩的重要组成部分,对其力学性质、地质地球物理性质的研究至关重要.从细观、试件以及岩层实测角度出发,获得煤系砂岩的裂隙演化特征、应变和电极电流响应特征,全面认识煤系砂岩的受载破坏裂隙、参数响应特征及阈值.结果表明:细观尺度上,当荷载达到70.2%最大应力(σ_(max))时,各细观参数开始有较快增长.试件尺度上,对于不同含水率的砂岩试件,临破裂时分布式光纤应变值分别为613×10^(-6),787×10^(-6),933×10^(-6)和1522×10^(-6),裂隙水作用下砂岩试件强度降低,且含水率和应变增长率之间呈二次函数关系;电极电流整体变化趋势经历了平稳、缓慢上升、轻微下降和骤降4个阶段,不同含水率砂岩试件的破裂电流时间比(t1/t2)值依次为95.4%,85.7%,73.2%和60.5%.岩层实测方面,获得了回采全程砂岩层位分布式光纤应变和电极电流响应特征,并与室内试验的多参数响应特征一致.测试结果可为深入研究A组煤系砂岩力学性质和地质地球物理性质、裂隙产生机制,以及现场探测实践和灾害预警提供支撑.

关键词：煤系砂岩多尺度研究多场多参数分布式光纤并行电法

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大倾角煤层下分层复采破碎顶板注浆改性试验研究

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煤炭科学技术 2025年第2期53卷 27-40页

作者：池小楼韦忠华杨科王春梅王同安徽理工大学矿业工程学院安徽淮南232001 安徽理工大学深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南232001

以大倾角煤层下分层复采破碎顶板注浆改性为研究对象,结合潘四东矿3、1合并煤层分层开采工程地质条件,建立了5种粒径级配注浆固结体试样模型,开展了基于CT原位扫描加载的单轴压缩试验,研究了粒径级配对固结体强度特征、裂隙演化、声发... 详细信息

以大倾角煤层下分层复采破碎顶板注浆改性为研究对象,结合潘四东矿3、1合并煤层分层开采工程地质条件,建立了5种粒径级配注浆固结体试样模型,开展了基于CT原位扫描加载的单轴压缩试验,研究了粒径级配对固结体强度特征、裂隙演化、声发射信号与微观形貌特征的影响规律。研究结果表明:(1)随粒径级配增大,固结体内部孔隙、裂隙等缺陷受岩块与浆液基体间错位运动影响,形成了大规模剪切带,导致固结体单轴抗压强度逐渐减小,6~8、8~10 mm粒径级配固结体受大粒径岩块影响,早期应力波动明显,破坏形式呈现出由贯穿张拉破坏、张拉-剪切复合破坏向剪切破坏转变。(2)随粒径级配增大,水化产物(AFt与C–H–S)未形成交错网状致密结构充填岩块间孔隙,导致固结体整体强度降低;加载过程中岩块端部产生应力集中,剪切带增大,声发射活动提前且更加频繁,高值振铃计数增多,累计振铃计数增速升高。(3) CT扫描显示加载过程中固结体破坏主裂隙主要发生在岩块与浆液基体胶结面,极少出现穿岩扩展;随粒径级配增大,固结体内部较多小裂隙扩展贯通成大开度裂隙,裂隙数目减少,其中0~2、4~6、8~10 mm粒径级配固结体破坏后裂隙体积V≤0.01 mm^(3)的裂隙数目占比分别下降9.5%、1.6%、4.0%,V>10 mm^(3)的裂隙数目占比分别提升0.1%、3.5%、4.9%;裂隙灰度值增加,裂隙体积占比增加,形成了更加复杂的裂隙网络。基于试验结果提出了破碎顶板钻孔注浆施工与铺网方案,为大倾角煤层下分层复采顶板稳定控制提供理论基础。

关键词：大倾角煤层注浆固结体力学特性 CT扫描重构围岩控制

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煤系典型岩石受载全过程光−电−声波多参数响应特征

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煤田地质与勘探 2025年第1期53卷 204-214页

作者：张平松刘畅安徽理工大学深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001

【目的】岩石在载荷作用下的变形与断裂会引起潜在参数信息的变化,通过参数的动态捕捉可表征裂隙生成、扩展、闭合过程,是一种岩石健康评价的重要方法。【方法】基于搭建的多参数测试系统,开展单轴加载条件下岩石试件的分布式光纤应变... 详细信息

【目的】岩石在载荷作用下的变形与断裂会引起潜在参数信息的变化,通过参数的动态捕捉可表征裂隙生成、扩展、闭合过程,是一种岩石健康评价的重要方法。【方法】基于搭建的多参数测试系统,开展单轴加载条件下岩石试件的分布式光纤应变、电极电流、纵波波速的同步采集,进一步构建强度−参数特征关系图谱以及参数层析成像结果,精细描述了砂岩、灰岩、泥岩3类典型岩石受载全过程多参数的时空演化特征。【结果和结论】试验结果表明:时间−压力曲线和多参数响应曲线具有较好的一致性,螺旋布设的分布式光纤应变在试件的原生孔隙压缩和线弹性阶段表现为缓慢、稳定的增长,在裂隙生成、扩展阶段表现为突然、快速的增长。试验中,砂岩、灰岩、泥岩的临破裂分布式光纤应变值分别为933×10−6,401×10−6和3790×10−6;电极电流在原生孔隙压缩和线弹性阶段变化微小,在裂隙生成、扩展阶段明显地降低、裂隙闭合时有一定回升;在原生孔隙压缩、线弹性、破裂阶段,砂岩的纵波波速分别为4.31、4.39、1.26 km/s,灰岩的纵波波速分别为4.80、4.93、3.10 km/s,泥岩的纵波波速分别为3.65、3.57、1.71 km/s。通过获得的岩石受载全过程能量值,构建了损伤变量D来评价岩石试件的损伤演化程度,砂岩的D值经历了缓增−降低−突增3个阶段,灰岩的D值经历了缓慢增大−快增−停滞−突增4个阶段,泥岩的D值经历了缓慢增大−快增−突增3个阶段。基于分布式光纤应变测试结果,探究了不同岩性岩石试件的破裂模式,为载荷下次生裂隙生成、扩展以及潜在破裂面位置预测提供支持。

关键词：岩石受载响应特征分布式光纤并行电法数字超声波含煤地层

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酸/碱改性秸秆共热解生物炭对水中双酚A的吸附特性及机制

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环境科学学报 2025年第4期45卷 99-117页

作者：张健陈孝杨牛经纬周育智安徽理工大学地球与环境学院安徽理工大学深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室

以小麦和玉米秸秆为原料，采用慢速热解法结合酸/碱改性共制备了14种生物炭，并筛选出主要的8种生物炭，应用SEM、BET-N2、FTIR、XRD、XPS等测定其理化性质，通过pH、灰分含量单因素吸附实验，并结合吸附动力学、吸附等温线、吸附热力... 详细信息

以小麦和玉米秸秆为原料，采用慢速热解法结合酸/碱改性共制备了14种生物炭，并筛选出主要的8种生物炭，应用SEM、BET-N2、FTIR、XRD、XPS等测定其理化性质，通过pH、灰分含量单因素吸附实验，并结合吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学模型拟合结果，探讨生物炭对双酚A（BPA）的吸附特性及机制.结果表明：当原料粒径为1 mm、热解温度为750℃、热解时间为2.5 h并进行酸后改性为最佳制备条件.在未达到热解阈值时，升高热解温度，其比表面积和孔体积总体增加，灰分含量上升，官能团种类和数量减少.酸碱改性可从热解程度、pH值、灰分含量、官能团等方面影响生物炭对BPA吸附性能，酸的前/后改性均优于碱的前/后改性，酸前改性生物炭的单位吸附量最大为46.30 mg·g-1，是改性前的1.23倍.除G-300和G-600外，其它制备生物炭的吸附过程均遵循准二级动力学模型、Langmuir和Dubinin-Astakhov吸附等温线模型，为单分子层微孔吸附过程.生物炭吸附水中BPA的过程属于放热和熵减的物理化学吸附过程，存在多种吸附作用力，主要吸附机制有孔隙填充作用、π-π堆积作用、静电作用和氢键作用，不同生物炭材料的主吸附机制存在差异.

关键词：共热解生物炭双酚A 酸/碱改性吸附机制

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呼吸性煤尘表面异质核化凝结效果预测及降尘试验

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煤炭学报 2025年第3期50卷 1609-1621页

作者：林汉毅袁亮江丙友章玉前王一凡王浩宇安徽理工大学工业粉尘防控与职业安全健康教育部重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学安全科学与工程学院安徽淮南232001 安徽理工大学深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南232001

煤尘颗粒表面润湿性是制约湿式除尘效率的重要因素,煤尘颗粒表面异质核化凝结是一种无任何污染、无需考虑颗粒表面润湿性,且能有效提升煤尘颗粒被液滴捕捉效率的方法,而人为干涉温湿度环境变化是激发煤尘颗粒表面核化凝结效应的必要条... 详细信息

煤尘颗粒表面润湿性是制约湿式除尘效率的重要因素,煤尘颗粒表面异质核化凝结是一种无任何污染、无需考虑颗粒表面润湿性,且能有效提升煤尘颗粒被液滴捕捉效率的方法,而人为干涉温湿度环境变化是激发煤尘颗粒表面核化凝结效应的必要条件。为获得不同干涉条件对矿井呼吸性煤尘颗粒核化凝结效果的影响,基于颗粒核化凝结试验系统,围绕煤尘初始温度、干涉气体相对湿度、干涉气体凝结温差3个因素开展单因素分析和多因素正交试验。结合使用均方差赋权法、非线性回归分析法、预测效果评价指标,确定各影响因素在煤尘颗粒核化凝结效果中的权重占比,构建颗粒核化凝结多元非线性回归预测模型,且评价模型预测的准确性。搭建颗粒核化凝结与喷雾协同降尘试验系统,对比分析二者协同与单一降尘方式对呼吸性煤尘的治理效果。结果表明:干涉气体相对湿度对核化凝结效果影响最大,二者呈正相关性,且当干涉气体相对湿度大于70%时才能激发明显的核化凝结效应;干涉气体凝结温差对核化凝结效果的影响仅次于干涉气体相对湿度,凝结效果会随着温差的增大呈先下降后上升趋势;煤尘初始温度对权重的影响最小,且对于煤尘颗粒粒径≤1μm和>2μm的颗粒群分别呈现正向和反向激励;基于多种方法结合构建的多元非线性回归模型的预测准确性较优,误差小,可用于量化表征一定范围内温湿度干涉条件下的矿井呼吸性煤尘颗粒核化凝结效果;利用颗粒核化凝结与喷雾协同降尘可以有效解决煤尘表面润湿性差的问题,相较于纯水喷雾的降尘效率提升了131.84%。

关键词：煤尘异质核化凝结正交试验回归分析降尘效率

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基于NMR震动载荷作用下含层理煤样损伤演化特征

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采矿与安全工程学报 2025年第1期42卷 126-136页

作者：马衍坤黄勤豪刘泽伟柴虎峰殷志强王超吴昌潘科举安徽理工大学深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南232001 山东能源集团西北矿业有限公司陕西西安710018

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,开展了含层理烟煤煤样震动载荷多次冲击试验,借助低场核磁共振分析仪测试每次冲击后煤样的T2谱,并进行核磁共振成像(MRI),研究层理对煤样损伤演化的影响规律。结果表明:层理的存在会劣化煤样承载... 详细信息

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,开展了含层理烟煤煤样震动载荷多次冲击试验,借助低场核磁共振分析仪测试每次冲击后煤样的T2谱,并进行核磁共振成像(MRI),研究层理对煤样损伤演化的影响规律。结果表明:层理的存在会劣化煤样承载能力,60°层理煤样能量透射效应最差,吸收的能量主要用于煤样的损伤破坏,此时劣化作用最强;震动载荷多次冲击作用下,煤样微观结构损伤整体呈现出“初始跃进—低速增长—加速上升”3个演化阶段;随着层理角度增大,层理对煤样损伤过程的影响愈发明显,对于0°层理煤样,损伤破坏区沿层理面呈弧形贯通发展趋势,对于30°和60°层理煤样,损伤破坏区沿层理面向煤样两端扩展,对于90°层理煤样,在沿层理面发育的孔裂隙作用下,最终出现复杂交织的损伤破坏区,4种含层理煤样呈现拉伸破坏(0°)—剪切破坏(30°、60°)—混合破坏(90°)的演化趋势。研究成果为揭示震动载荷作用下煤岩动力灾害机制提供了参考。

关键词：层理煤样震动载荷核磁共振(NMR) 损伤演化

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深部煤炭资源安全高效开采科学问题及关键技术

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煤炭学报 2025年第1期50卷 1-12页

作者：袁亮张通王玥晗王新中王雅亭郝宪杰深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学安全科学与工程学院安徽淮南232001 安徽理工大学煤炭无人化开采数智技术全国重点实验室安徽淮南232001 中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室北京100083

在百年未有之大变局加速演变国际大背景下,我国能源行业面临“双碳”战略目标实现与能源资源稳定供给的双重挑战,向地球深部进军成为我国能源资源开发的必由之路。系统梳理了地质勘测、智能开采、灾害预警、生态修复等领域的技术发展现... 详细信息

在百年未有之大变局加速演变国际大背景下,我国能源行业面临“双碳”战略目标实现与能源资源稳定供给的双重挑战,向地球深部进军成为我国能源资源开发的必由之路。系统梳理了地质勘测、智能开采、灾害预警、生态修复等领域的技术发展现状,分析了现有技术针对深部资源开发的适用性。基于现有技术现状及深部矿产资源原位贮存及采动特性,提炼出了深部矿井建设运营全过程面临的关键理论及技术问题,进一步指出了实现深部煤炭资源安全高效开采未来的技术攻关方向。通过分析数字孪生、人工智能、大算力模型等新兴技术的发展趋势,明确了地质透明化、智能开采工艺、灾害预警体系、生态环境修复等重要领域的技术突破路径,构建了深部资源安全−高效−智能−绿色开采的可行技术发展战略。未来,通过逐步在跨尺度地质体演化动态表征、非线性煤岩多相多场耦合致灾机理研究、耐高温高压多功能材料与新型勘探开采装备研发、泛适应性无人开采工艺构建、地质生态高效绿色精准修复、矿区建设−生产−修复区域智能决策大模型孕训等方向形成突破,奠定深部矿产资源稳定、高效、智能、绿色开采的基础技术保障,深部资源开采必将实现少人/无人开采及全网络分布式智能调控开采,为国家能源安全战略保障提供核心支撑。

关键词：深部煤炭资源安全、高效、智能、精准、绿色开采关键技术多相多场响应人工智能泛工艺

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岩石蠕变应变能密度演化时效特征与损伤本构模型研究

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采矿与岩层控制工程学报 2025年第1期7卷 153-166页

作者：刘之喜赵光明孟祥瑞顾清恒秦志宏铜陵学院建筑工程学院安徽铜陵244061 安徽理工大学深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南232001

为了探究岩石单轴蠕变的应变能密度演化规律及其损伤本构模型,利用单轴蠕变-卸载试验,系统性地研究了煤、泥岩、白砂岩和红砂岩4种岩石的蠕变应变能密度演化规律。着重探讨了岩石在蠕变过程中应变能密度的转化与耗散机制,建立了不同脆... 详细信息

为了探究岩石单轴蠕变的应变能密度演化规律及其损伤本构模型,利用单轴蠕变-卸载试验,系统性地研究了煤、泥岩、白砂岩和红砂岩4种岩石的蠕变应变能密度演化规律。着重探讨了岩石在蠕变过程中应变能密度的转化与耗散机制,建立了不同脆性程度岩石的损伤蠕变本构模型。研究结果表明:(1) 4种岩石的弹性应变能密度随蠕变时间的延长而呈线性减少的趋势,即存在线性衰减特征;(2)结合单轴蠕变-卸载试验结果,提出了一种基于弹性应变能密度线性衰减特征的岩石蠕变应变能计算方法;(3) 4种不同脆性程度的岩石蠕变产生的耗散应变能密度与输入应变能密度随着时间增加而增长,其增长可分为衰减增长阶段、匀速增长阶段以及加速增长阶段;(4)在蠕变过程中,随着蠕变时间的增加,岩石耗散应变能密度占输入应变能密度逐渐增大,在加速蠕变与峰后的临界点达到最大,脆性程度越高加速蠕变与峰后临界点耗散应变能密度占输入应变能密度比例越大;(5)构建了基于应变能耗散的黏弹塑性-损伤耦合本构模型,该模型能够有效描述不同脆性岩石在蠕变过程中的变形曲线。

关键词：蠕变卸载应变能密度演化损伤变量本构模型

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侧向约束下加载系统刚度对砂岩非稳定破坏模式与能量演化的影响

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煤炭学报 2025年第2期50卷 877-889页

作者：赵光明吴旭坤许文松刘之喜刘崇岩张启航周俊安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学安全科学与工程学院安徽淮南232001 安徽理工大学煤炭安全精准开采国家地方联合工程研究中心安徽淮南232001 江汉大学精细爆破国家重点实验室湖北武汉430056

为探究加载系统刚度对岩石破坏模式及能量演化规律的影响,利用自主研发的刚性与变刚度试验系统开展双轴压缩试验,分析侧向约束作用下加载系统刚度对岩石峰后非稳态破坏及能量释放规律的作用机制。结果表明:从能量耗散与释放角度来分析... 详细信息

为探究加载系统刚度对岩石破坏模式及能量演化规律的影响,利用自主研发的刚性与变刚度试验系统开展双轴压缩试验,分析侧向约束作用下加载系统刚度对岩石峰后非稳态破坏及能量释放规律的作用机制。结果表明:从能量耗散与释放角度来分析岩样与试验机系统之间的相互作用,揭示了加载系统刚度下岩石破坏过程中能量耗散与释放的关系,并将其划分为稳定破坏(W_(d)>W_(u)+W_(e))、临界状态(W_(d)=W_(u)+W_(e))及不稳定破裂(W_(d)ΔW_(pd)),能量释放较为迅速,峰后中期(ΔW_(pe)<ΔW_(pd)),能量主要以耗散为主,峰后后期(ΔW_(pe)≈ΔW_(pd)),能量释放和耗散进入稳定阶段。研究结果为理解加载系统刚度对岩石峰后破坏机制及动力灾害防治提供了理论基础,并提出通过侧向约束力、分阶段能量控制和降低岩体储能能力等措施,以改善能量释放模式,增强能量耗散,提升巷道围岩稳定性。

关键词：加载系统刚度侧向约束力能量释放与耗散峰后应力非稳态破坏模式

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