煤矿开采保护层方案设计.docx
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煤矿开采保护层方案设计
仁怀市xx
煤矿开采保护层设计方案
仁怀市xx煤矿
二0一二年四月五日
第一节矿井概述…………………………………………………1
第二节区域突出危险性预测……………………………………11
第三节区域防突措施…………………………………………11
第四节区域措施效果检验………………………………………17
第五节区域措施效果验证………………………………………18
前言
由于煤层的开采引起顶底板岩层移动,产生裂隙,使具有突出危险煤层中的瓦斯能够释放出来。
此外,由于煤层开采形成采空区,煤层顶板冒落,顶部煤层随着下沉,底部煤层向上发生膨胀变形,开采层顶底板煤层中承受的地应力减小,突出危险性变弱或消失。
这就是保护层开采消除突出危险的原理。
因此,有条件时,优先开采保护层是消除突出危险性最有效的区域性技术措施。
为了减少保护层开采时顶底板煤层中大量瓦斯涌向开采层,同时为了彻底消除突出煤层的突出危险性,必须对被保护层瓦斯进行抽放。
对没有保护层开采条件时,在采掘作业前预抽煤层瓦斯是优先选用的区域性防止突出技术措施。
可以通过岩巷工程或煤巷工程配合钻孔对煤层瓦斯进行大面积预抽,当煤层剩余瓦斯含量和压力降低到一定程度时,是能够消除煤层突出危险性的。
对永恒煤矿多煤层的开采,更有条件实施开采保护层,进行区域综合防突措施。
第一节矿井概述
矿井设计年生产能力为15万吨,井田面积为1.1044Km2,设计开采煤层四层,即C5、C7、C10、C12、煤层,其平均厚度分别为1.16m、3.5m、0.7m、1.50m、1.00m,煤层平均倾角平均18°,煤种为无烟煤。
按开采方安设计,其煤炭利用储量为228.59万吨。
可采储量为169.81万吨。
服务年限为8.08年,矿井全员工效1.53t/工,劳动定员327人。
一、交通位置
仁怀市xx煤矿位于仁怀市以南,隶属仁怀市五马镇管辖,矿山距五马镇5.5Km,距仁怀市27Km,距金沙电厂35km,距鸭溪电厂60km,距209省道约2km,交通较为方便。
二、井田边界及储量
1、井田境界
矿区范围由贵州省国土资源厅下发的采矿许可证(证C5200002009071120031081)划定,其矿区范围拐点坐标(北京坐标)见下表:
xx煤矿矿区范围拐点坐标表一览表
拐点
X
Y
拐点
X
Y
1
3064223.00
35623348.00
7
3062560.00
35623770.00
2
3064094.00
35624138.00
8
3063078.00
35623539.00
3
3063600.00
35624358.00
9
3063035.00
35623485.00
4
3063600.00
35624031.00
10
3063098.00
35623437.00
5
3063505.00
35623922.00
11
3063175.00
35623504.00
6
3062540.00
35624385.00
12
3063559.00
35623324.00
矿区面积
1.1044Km2
采矿许可证允许开采深度
802~400m
2、地质储量
贵州奇星资源勘查开发有限公司于2008年3月30编制了《贵州省仁怀市xx煤矿地质勘查补充报告》,估算C5、C7、C10、C12、C煤层煤炭保有总资源量为606.4万吨(含公路压矿133.4万吨)。
其中:
控制的资源量(332)为40.8万吨,推断的资源量(333)为338.2万吨(含公路压矿84.4万吨),预测的资源量(334)?
为227.4万吨(含公路压矿49万吨)。
历年采空区为276万吨,如表。
变更后资源储量统计表单位(万吨)
矿山
名称
资源量
类别
C5
(万吨)
C7
(万吨)
C10
(万吨)
C12
(万吨)
备注
永
恒
煤
矿
(332)
11.3
18.8
10.7
公路保护煤柱未列出资源量类别
(333)
83.2
104.2
35.6
54.1
(334)?
23.5
56.1
29.4
38
公路保护煤柱
27
97.4
51.4
92.6
合计
三、煤层赋存特征
1、地层综合柱状图
2、地层
矿区内含煤地层从上到下有C5、C7、C10、C12、四层为全区可采煤层。
C5:
位于煤系中部,煤层层位稳定,无夹矸,属单层煤,煤层厚度1.00~1.30m,平均厚度1.16米。
顶板都为泥岩、底板泥岩。
C7:
位于煤系中部,煤层层位稳定,夹1~3层夹矸,煤层厚度1.50~2.50m,平均厚度1.95米。
顶板为粉砂岩、底板泥岩、粉砂岩;有底鼓现象。
C10:
位于煤系中下部,煤层层位稳定,无夹矸,属单层煤,煤层厚度0.80~0.90m,平均厚度0.84米。
顶板为泥岩、底板泥岩。
C12:
位于龙潭组下部,煤层层位稳定,夹矸层数多为1层,煤层厚度1.00~1.40m,平均厚度1.20米。
顶板为粉砂岩或泥岩、底板泥岩或细砂岩。
3、煤层特征见表
煤层特征表
顺序
区
域
组
煤层名称
煤层厚度(m)
层间距
(m)
煤层夹矸数
稳定性
煤层
倾角(度)
煤种
顶底板岩性
最大
最小
平均
顶板
底板
1
龙
潭
组
C5
1.3
1.1
1.16
18
稳定
平均18
无烟煤
泥岩
泥岩
2
C7
2.5
1.5
1.95
稳定
平均18
无烟煤
粉砂岩、
泥岩、粉砂岩
16
3
C10
0.9
0.8
0.84
无
稳定
平均18
无烟煤
泥岩
泥岩
5
4
C12
1.4
1.0
1.2
1
稳定
平均18
无烟煤
粉砂岩、泥岩
泥岩、细砂岩
7
4、煤质
各煤层均为变质程度较高的无烟煤,其中5号、7号煤层属低灰—中灰,低硫—中硫,高发热量无烟煤。
四、水文地质条件
1.地形地貌特征及地表水的补给、迳流、排泄
矿区在区域水文地质单元中处于补给区位置,地表水来源完全靠大气降水,矿区位于赤水河上游的五马河支流北东侧,属长江水系。
矿区南西部外围有一条较大的河流—五马河,其流向为由南向北流。
地下水由南东向北西迳流。
矿区内地势总体为北东高南西低,地表水沿沟谷向北西排泄。
最终汇入赤水河。
2.地下水的补给、迳流、排泄
1)含水岩组的划分及特征
(1)含水层及特征
矿区内出露的地层有第四系(Q),三迭系:
夜郎组沙堡湾段(T1y1)、黄村坝段(T1y2)、二迭系:
长兴组(P3c)、龙潭组(P3l)、茅口组(P2m);其中Q、T1y2、P3c、P2m为含水层。
a.三迭系夜郎组黄村坝段(T1y2)
主要出露于矿区中部及南部,为碳酸盐岩岩溶水含水层,为灰色中至厚层灰岩,该组地层岩溶较发育。
厚125.24~136.18m,平均厚129.73m。
b.二迭系长兴组(P3c)含水层
主要出露于矿区北部及东部外围,上部为灰、深灰色薄至中厚层燧石灰岩夹泥灰岩;下部为深灰色薄至中厚层灰岩夹灰黄色泥(页)岩,该层厚50m左右,为岩溶裂隙水含水层。
c.二迭系茅口组(P2m)含水层
主要出露于矿区北部及东部外围,呈近北东-南西向带状分布,为碳酸盐岩溶水含水层,为含煤地层的直接底板,岩性主要为浅灰~灰色厚层状、块状细晶生物碎屑灰岩,含少量燧石结核。
顶部为5~8m厚的深灰含铁锰质、硅质灰岩灰岩,厚度165~210m。
含腕足、蜓类化石。
该组地层岩溶强烈发育,富水性强。
C12煤层距底部茅口灰岩约15米的灰色粘土质泥岩。
因此,在侵蚀基准面以上该含水层对开采影响不大,但侵蚀基准面以下开采时,对矿井开采影响较大,在平硐以下开采过程中,必须加大水灾的防治工作。
(2)隔水层及特征
a.三迭系夜郎组沙堡湾段(T1y1)
灰、灰绿色泥岩,夹少量的泥质灰岩。
主要出露于矿区西北部,为碎屑岩裂隙水含水层。
b.二迭系龙潭组(P3l)
主要为灰、灰黄色细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩及煤层组成,厚度约88~106m,平均94m。
含煤层、煤线13~16层,含可采煤层四层,自上而下编号为C5、C7、C10、C12、可采煤层总厚6.15m。
2)构造对地下水的影响
矿区范围内未见断裂构造。
3.地下水对矿坑的影响
地下水的主要补给来源是大气降水,但大气降水以集中降落形式为主,且由于矿区地形起伏大,地表排泄条件良好,绝大部份大气降水通过山坡直接向溪沟排泄,有一部份地表水渗入到第四系、茅口灰岩及断层形成地下水。
因此上述含水层的地下水对矿井产生充水的可能性较大,在断层破碎带附近地下水对矿井产生充水造成矿区的煤层不能开采。
矿区南西部外围有一小河—五马河,区内标高为+610m;五马河是当地区域性的最低侵蚀基准面,地下水大部分排泄于五马河,排泄条件良好,但五马河从矿区外侧经过,与矿区有一定水力联系,因此,在开采最低侵蚀基准面标高610m以下时,易发生底板突水问题。
当开采标高在610m以上时,虽然岩溶管道发育,地下水丰富,但由于煤层位于610米标高之上,在地貌上常呈峰岭,接受大气降水的补给有限,故该含水层地下水对矿井充水的可能性小,出现底板突水的可能性小。
4.采空区影响
永恒、双扶、湾头3家煤矿整合整合为永恒煤矿。
原矿区的采空区积水可能构成矿井充水因素。
因此,矿区采空区在大气降水后易形成老窑积水。
由于该区采空区围岩均为龙潭煤系地层,岩性主要为粉砂岩,属相对隔水层,透水性较差,故采空区积水无有效的透渗通道,一般均汇集着一定水量的老窑积水,对矿山开采潜在着老窑水突水的水灾隐患。
5.充水因素
1)大气降水对矿床充水的影响
大气降水是矿区地下水的主要补给来源,因此,大气降水对矿床充水有着较大的影响。
矿区主采煤层C5、C7、C10、C12号煤层上覆地层厚度0~190m,覆盖厚度均小于煤层开采安全深度,整个矿区煤层顶板均为不稳定顶板。
矿区大面积采煤时,顶板岩层将产生不同程度的岩层移动及变形,地面将产生采空塌陷、地裂缝、塌陷裂隙、冒落裂隙等,采掘系统上伏地面位处地势低洼处,大气降水及地表迳流向低势低洼处汇集后,经地裂缝、塌陷裂隙、冒落裂隙直接渗入采掘系统,形成矿坑涌水。
2)地表水对矿井充水的影响
矿区内属长江流域赤水河水系补给区,矿区内无大的地表水体,矿区范围内主要地表河流为五马河,五马河在区附近标高为+610m;五马河为长流河,对低于610m标高的采矿活动有一定影响。
3)地下水对矿床充水的影响
对矿床充水影响较大的地下水为顶板煤系地层及间接顶板长兴灰岩、黄村坝灰岩地下水,煤系地层及长兴灰岩、黄村坝灰岩的地下水通过采空塌陷裂隙、冒落裂隙直接进入矿井,形成矿井涌水。
4)老窑积水对矿床的充水的影响
矿区的采空区积水可能构成矿井充水因素。
因为矿区采空区在大气降水后易形成老窑积水。
当矿山进行生产时,在生产矿井掘进过程中,若沟通采空区积水,会形成突水,当突水量较大时,将产生采空区积水淹没矿井、冲毁矿井的采矿设备、造成人生伤亡及财产损失的安全事故。
5)构造破碎带对矿床充水的充水的影响
矿区内无构造破碎带构造,对矿井充水影响较小。
6)底板茅口灰岩对矿床充水的影响
矿区底部C12煤层下距茅口灰岩约15m,当煤层开采标高低于最低侵蚀基准面水位+610米标高时。
底板茅口灰岩对矿床充水影响较大。
5.涌水量预测
根据水文地质调查报告:
大气降水入渗法计算公式为:
Q=2.74α*F*H
式中:
Q:
大气降水渗入量(t/d)
α:
降水渗入系数,碎屑岩地区,植被中等发育,地形坡度中等,取值为0.02。
F:
汇水面积(km2),以矿区地表分水岭围成的面积为汇水面积。
H:
平均年降雨量(mm),采用当地气象站多年平均降雨量1035mm。
2.74:
计算单位换算系数。
计算结果:
Q=2.74α*F*H=2.74×0.02×1.1044×1035=62.64
根据计算结果,矿区矿坑涌水量为62.64m3/d(2.61m3/h),该矿坑涌水量为一般矿坑涌水量,不含在特殊水文地质条件下的矿坑涌水量(例如矿井与五马河沟通、底板茅口灰岩突水等);据调查,据永恒煤矿井下雨季最大涌水量72m3/d(3m3/h)。
6.水文地质条件
根据水文地质调查报告,总体上看,矿区矿坑涌水量较小,水文地质条件相对简单类型。
五、矿井瓦斯地质图
2010年6月仁怀市xx煤矿委托贵州兴源煤矿科技有限责任公司进进行了“仁怀市五马镇xx煤矿矿井瓦斯地质图编绘”。
六、矿井开拓方式
1、开拓方案综述
采用斜井单水平上下山开拓方式,主斜井落平至C13煤层底板,+545m水平,即一水平标高,然后沿煤层走向布置+545m轨道大巷与一采区轨道下山相连;进风斜井通过C12煤层进风斜巷、反石门与布置在+550m进风大巷沟通,然后与一采区行人进风下山相连;回风巷通过+619回风大巷、暗斜井、+550m回风石门、总回风大巷与一采区回风下山相连。
2、井口位置及特征表
共三条井筒,即主斜井、进风斜井、回风井。
主斜井担负煤炭、矸石、设备、材料及人车等的提升及进风任务,进风斜井担负进风、行人、管路铺设等任务;回风井专任回风用,井筒特征见表。
井筒位置及特征表
井筒
名称
井口坐标
井口标高(m)
方位角(°)
坡度(°)
井筒长度
(m)
支护形式
断面(m2)
X
Y
净
掘
主斜井
3063764
35623581
+685
335
24
238m
砌碹
5.6
7.3
付斜井
3063793
35623573
+682
314
24
370m
砌碹
4.3
6.1
回风井
3063110
35623540
+619
183
20
25m
锚喷
5.8
6.3
3、水平划分及标高
矿井划分为一个水平,水平标高为+545m。
4、大巷布置
矿井有布置了三条大巷,即+545m轨道大巷、+550m进风大巷、555回风大巷。
5、采区划分及布置
该矿采用单水平下山开采,沿+545m轨道大巷将矿井布置为2个采区开采。
6、煤层开采顺序依次为C10、C5、C7、C12被保护煤层必须处于保护范围内且应等开采岩层移动稳定后时开采,平硐暗斜井布置。
工作面为走向长壁后退式开采方法,即由采区边界向采区主要巷道方向推进
七、矿井通风方式及通风系统
矿采用斜井开拓。
采用中央分列式通风方式,通风方法为抽出式。
主斜井、进风斜井进风,回风井专门回风。
选用FBCDZ-6-№2×45kw型防爆轴流式通风机二台,一台工作,一台备用。
风量18.9~42.1m3/s,负压98~1746Pa。
电机功率N=45kw×2,型号YBFe250M-6。
掘进工作面采用局部通风机进行压入式通风,选用YBDN05.6/2×11Kw压入式对旋轴流局部通风机,功率为2×11kw,风量为350~230m3/min;采用直径为500mm的矿用阻燃风筒。
1、采煤工作面通风线路为:
矿井以主斜井和进风斜井、风井为总回风构成的分列式通风系统,首采工作面通风路线为二条:
一条为主斜井→+545m水平轨道大巷→轨道上山→石门平巷→采面运输巷→采煤工作面→采面回风巷→区段回风石门→回风上山→+555m水平回风大巷→回风暗斜井→+619m水平回风大巷→引风道→地面。
另一条为进风斜井→暗斜井→+550进风大巷→二联络巷→+545m水平进风大巷→轨道上山→区段轨道石门→采面运输巷→采煤工作面→采面回风巷→区段回风石门→回风上山→+555m水平回风大巷→回风暗斜井→+619m水平回风大巷→引风道→地面。
2、掘进工作面通风线路为:
11202运输巷掘进:
主斜井→+545m水平轨道大巷→区段轨道石门→11202运输巷掘进工作面→回风石门→+555m水平回风大巷→回风暗斜井→+619m水平回风大巷→引风道→地面。
11202风巷掘进:
主斜井→+545m水平轨道大巷→行人上山→区段回风石门→11202回风巷掘进工作面→回风绕道石门→+555m水平回风大巷→回风暗斜井→+619m水平回风大巷→引风道→地面。
八、瓦斯、瓦斯参数、煤尘、煤的自燃
1、矿井瓦斯
整合前原xxx煤矿2006年度矿井瓦斯等级鉴定情况见下表。
xxxx2006年度瓦斯等级情况表
矿井名称
平均日产量(t)
瓦斯
CO2
2006年申报鉴定等级
专家审核意见
审批
结果
绝对量(m3/min)
相对量(m3/t)
绝对量(m3/min)
相对量(m3/t)
原双扶煤矿
200
4.24
30.53
1.44
10.37
高瓦斯
合格
高瓦斯
原马鞍、湾头煤矿
80
5.3
38.17
0.42
7.56
高瓦斯
合格
高瓦斯
根据计算,容易时期各煤层最大相对瓦斯涌出量为25.23m3/t;困难时期各煤层最大相对瓦斯涌出量为42.64m3/t;
2、c12瓦斯基础参数
煤层
C12
吸附常数
a(M3/t)
54.523
b(Mpa-1)
1.174
工业分析
水分(%)
1.58~1.81
灰分(%)
6.69~21.25
挥发分(%)
5.67~11.72
孔隙率(%)
4.55
实际煤层最大瓦斯含量(m3/t)
7.6373
实测煤层最大瓦斯压力(Mpa)
0.27
间接反算瓦斯压力最大值(Mpa)
0.32
煤的坚固系数(f值)
0.79~1.43
瓦斯放散初速度(△p)
9.1~10
煤体破坏类型
Ⅰ~Ⅱ
视真、假密度
1.54/1.47
3、煤尘爆炸性和煤的自燃性
1)煤尘
根据贵州省煤田地质局实验室提交的C5、C7、C10、C12煤层煤尘爆炸性鉴定报告;C5、C7、C10、C12煤层煤尘均无爆炸性。
2)煤层自燃
根据贵州省煤田地质局实验室提交的C5、C7、C10、C12煤层自燃倾向性鉴定报告;C7、C10、C12煤层自燃倾向性为Ⅱ级,按自燃煤层进行设计与管理;
由于本矿经鉴定为煤与瓦斯突出矿井,按煤与瓦斯突出进行设计和管理。
成立专门通风、防突机构,矿井必须坚持一年一度的瓦斯等级鉴定工作,以指导矿井安全生产。
虽然自建矿以来未发生过大事故,但矿井存在着顶板、水、瓦斯等灾害的威胁,煤矿职工的素质也有待于提高,为落实“安全第一,预防为主”的安全生产方针,全面有效地抓好矿井安全生产管理,特制定矿井瓦斯治理方案
第二节区域突出危险性预测
若已确切掌握各煤层突出危险区域的分布规律,并有可靠的预测资料的,区域预测工作可由矿技术负责人组织实施;否则,应当委托有煤与瓦斯突出危险性鉴定资质的单位进行区域预测。
区域预测结果应当由煤矿企业技术负责人批准确认。
突出危险区的新水平、新采区开拓过程中的所有揭煤作业,必须采取区域综合防突措施并达到要求指标。
经开拓前区域预测为无突出危险区的煤层进行新水平、新采区开拓、准备过程中的所有揭煤作业应当采取局部综合防突措施。
第三节区域防突措施
区域防突措施是指在突出煤层进行采掘前,对突出煤层较大范围采取的防突措施。
区域防突措施包括开采保护层和预抽煤层瓦斯两类。
一、开采保护层
1、保护层选择
根据防突规定:
区域防突措施应当优先采用开采保护层,突出危险区的煤层不具备开采保护层条件的,必须采用预抽煤层瓦斯区域防突措施并进行区域措施效果检验。
在突出矿井开采煤层群时,如在有效保护垂距内存在厚度0.5m及以上的无突出危险煤层,除因突出煤层距离太近而威胁保护层工作面安全或可能破坏突出煤层开采条件的情况外,首先开采保护层。
当煤层群中有几个煤层都可作为保护层时,综合比较分析,择优开采保护效果最好的煤层。
当矿井中所有煤层都有突出危险时,选择突出危险程度较小的煤层作保护层先行开采,但采掘前必须按本规定的要求采取预抽煤层瓦斯区域防突措施并进行效果检验;优先选择上保护层。
在选择开采下保护层时,不得破坏被保护层的开采条件。
遵循以上原则,结合仁怀地区C7、C5煤层已发生过煤与瓦斯突出事件,C10、C12、C13至今还未发生过突出现象的实际情况,因此首先开采下保护层,因C10煤层距C5、C7煤层较近,C7为保护效果最好的煤层,且不会破坏上C7煤层。
2、保护范围确定
xx煤矿可采煤层5层(即C5、C7、C10、C12、煤层),为缓倾斜薄及中厚煤层,C10距上解放层C5煤层34m;C10号距上解放层C7煤层16m;C10距下解放层C12号煤层5m;C10距下解放层C13号煤层12m。
保护层有效保护范围的确定一般应依据矿井实测资料进行,由于缺乏实测参数,这里仅按照经验方法进行预测。
1)保护层与被保护层之间的有效垂直距离见下表。
表3-2-1保护层与被保护层之间的有效垂直距离
名称
上保护层(m)
下保护层(m)
急倾斜煤层
<60
<80
缓斜及倾斜煤层
<50
<100
由于井田内C10距上解放层C5煤层34m;C10号距上解放层C7煤层16m;C10距下解放层C12号煤层5m;C10距下解放层C13号煤层12m,先开采C10煤层能做为C5、C7、C12、C13煤层的解放层。
2)沿走向解放范围的确定
对停采的保护层采煤工作面,停采时间超过3个月、且卸压比较充分,该采煤工作面的始采线、采止线及所留煤柱对被保护层沿走向的保护范围可暂按卸压角56°
~60°划定。
如下图3-2-1所示。
图3-2-1保护层工作面始采线、采止线和煤柱的影响范围
1—保护层;2—被保护层;3—煤柱;4—采空区;5—被保护范围;6—始采线、终采线
3)沿倾斜解放范围的确定
保护层沿倾斜方向的保护范围,可按卸压角划定。
卸压角的大小应采用矿井实测数据,因无实测数据,参照《采矿工程设计手册》3281页表7-6-6。
结合该矿实际,取δ1=73°,δ2=87°,δ1=75°,δ2=75°。
计算得出本设计矿井C10煤层一个采面的解放范围为:
C5煤层58m;C7煤层64m;C12煤层68m;C13煤层64m;如下图3-2-2所示。
图3-2-2沿倾斜保护范围示意图
3、开采保护层区域防突措施应当符合下列要求:
1)开采保护层时,同时抽采被保护层的瓦斯;
2)开采近距离保护层时,采取措施防止被保护层初期卸压瓦斯突然涌入保护层采掘工作面或误穿突出煤层;
3)正在开采的保护层工作面超前于被保护层的掘进工作面,其超前距离不得小于保护层与被保护层层间垂距的3倍,并不得小于100m;
4)开采保护层时,采空区内不得留有煤(岩)柱。
特殊情况需留煤(岩)柱时,经煤矿企业技术负责人批准,并作好记录,将煤(岩)柱的位置和尺寸准确地标在采掘工程平面图上。
每个被保护层的瓦斯地质图应当标出煤(岩)柱的影响范围,在这个范围内进行采掘工作前,首先采取预抽煤层瓦斯区域防突措施。
当保护层留有不规则煤柱时,按照其最外缘的轮廊划出平直轮廓线,并根据保护层与被保护层之间的层间距变化,确定煤柱影响范围。
在被保护层进行采掘工作时,还应当根据采掘瓦斯动态及时修改。
二、预抽煤层瓦斯
预抽煤层瓦斯可采用的方式有:
地面井预抽煤层瓦斯以及井下穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯、穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯、顺层钻孔或穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯、穿层钻孔预抽石门揭煤区域煤层瓦斯、顺层钻
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