煤矿开采学课程设计.docx
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煤矿开采学课程设计
《煤矿开采学》课程设计
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目录
第一章带区地质特征1
第一节带区概况1
第二节地质情况及可采煤层情况2
第三节带区储量2
第二章带区生产能力及服务年限3
第一节带区生产能力的确定3
第二节采区服务年限3
第三章采煤方法选择及带区参数选择计算4
第一节采煤方法选择4
第二节带区参数选择计算5
第四章带区巷道布置6
第一节带区巷道布置方案的选择6
第二节采区生产系统综述7
第三节带区回采工作面配备和生产能力验算8
第四节开采顺序9
第五节采区准备工作及组织10
第五章回采工艺11
第一节设计回采工作面概况11
第二节回采工艺的确定13
第三节循环方式、作业形式的选择及循环图表的编制18
第六章带区主要经济指标19
第一章带区地质特征
第一节带区概况
王庄煤矿位于山西省长治市郊区故县,距市中心30公里,北距太原市230公里,南到焦作市220公里,东距邯郸市183公里。
地处潞安矿区的东南部,跨长治市郊区和屯留县两个行政区。
矿区东面为长治钢铁公司,本地区总人口约4万人左右,其中王庄矿1万人,长钢1.52万人。
王庄煤矿与长治钢铁公司两大企业组成本区一片规模较大的煤铁工业区,与之配套的各种服务行业也比较发达。
208国道由北向南穿越井田,东距王庄矿约6公里,和309国道横贯矿区。
王庄矿铁路专用线至长治北站14公里,与太(原)焦(作)及长(治)邯(郸)铁路相接,通往全国各地。
区内各村镇均有公路相通,交通极为方便。
本设计是王庄煤矿3号煤层初步设计。
3号煤层,平均厚度均为6.80m。
煤层有煤尘爆炸性,煤层无自燃倾向。
矿井属于高瓦斯矿井,矿井瓦斯绝对涌出量为64.8m³/min,相对涌出量为13.82m³/t;二氧化碳绝对涌出量为11.14m³/min,相对涌出量为1.32m³/t。
本矿井采用双立井单水平开拓,采煤工艺为走向长壁综合机械化采煤,作业制度采用“四六制”。
工作面的设备有双滚筒采煤机、液压支架、可弯曲刮板运输机、破碎机、转载机等。
本矿井设计年产量为1.2Mt/a,采用一套综采设备来满足产量的要求。
矿井运输大巷采用胶带运输作为主运输,采用无极绳连续牵引车作为主要辅助运输,矿井通风采用轴流式扇风机,抽出式通风方式。
本次设计将井田的3号煤层划分两个带区,为3号煤层一带区,3号煤层二带区。
首采区为3号煤层一带区,位于井田的西南方向。
3号煤层为本区的主采煤层,赋存于山西组地层的中下部,为陆相湖泊型沉积,在本采区内的平均厚度3米,全煤含夹矸4~5层。
3号煤层的底板标高为300~400米。
第二节地质情况及可采煤层情况
王庄井田内波状起伏的褶曲比较发育,大多数褶曲的两翼地层倾角较平缓,
发育的规模也不尽相同,有的褶曲延伸长,有的延伸短,背斜与向斜、断层往往
伴生发育,即一个区域发育有背斜,它的左右区域,就伴有向斜和断层发育;在
井田的部分区段,发育有穹窿和构造盆地。
矿区内大小断层237条,仅有几条同沉积正断层和逆断层外,全为正断层,而且断层面的倾角均较大,大多在66°~75°之间。
矿区地下水产要是中奥陶统碳酸盐裂隙岩溶水和第四系冲洪积层孔隙水。
地层厚45.2-68.6米。
平均厚58.12米,含煤1-4层。
单孔煤层总厚6.08-8.50米,平均厚7.39米,含煤系数12.72%。
其中3号煤层为全区稳定可采煤层,其余煤层为局部发育,不稳定,不可采煤层。
老顶岩性为灰白色石英长石砂岩,块状,厚层,分选性,磨圆性中等。
钙质胶结,坚硬致密,分层厚度大且不稳定,范围从1.70~17.10米,平均厚度7米。
直接顶为灰黑色泥岩或砂质泥岩,含植物化石碎片,层理较发育。
层厚不稳定,变化大,变化范围0~13.0米,平均3.2米。
伪顶为黑色泥岩或炭质泥岩,厚度极不稳定,硬度低,完整性差,含有丰富的植物化石碎片,一般随生产进行随采随落。
煤层底板岩性以黑色泥岩,砂质泥岩,灰白色细砂岩及粉砂岩,岩石致密性脆,硬度中等,含植物化石碎片及煤屑。
第三节带区储量
带区储量计算表
煤层编号
投影面积(m2)
倾角(度)
实际
面积(m2)
煤厚(m)
容重(t/m3)
工业储量(万t)
带区回采率(%)
可采储量(万t)
备注
3
5583496.61
2
5586900
1
3
1.45
2430.3
80
2130.76
根据公式:
式中:
S—井田面积
M—可采煤层总厚度
D—煤的容重,本设计取1.45t/
万吨
1.3.1矿井设计可采储量
式中:
—矿井设计储量
—井田境界煤柱、断层煤柱、地面建筑物煤柱等永久损失量之和
=2430.3-62.84=2367.46万吨
—矿井设计开采储量
—工业场地和主要井巷煤柱损失量之和
C—带区采出率,厚煤层不小于75%;中厚煤层不小于80%;薄煤层不
小于80%
=(2367.46-236.7)*0.8=1704.61万吨
设计开采储量
第二章带区生产能力及服务年限
第一节带区生产能力的确定
带区生产能力根据地质条件、煤层生产能力、机械化程度和带区工作面接替关系等因素确定,当用综采时,一般为80~120万t/a;高档时,一般为50~90万t/a;炮采时,一般为10~50万t/a。
由于本带区地质条件简单,煤层稳定可采且倾角小。
因此采用综合机械化采煤。
且该矿井为一井一面。
所以采区生产能力即为矿井生产能力为120万。
第二节采区服务年限
T=
=16.2年
为了保证采区均衡生产,采区服务年限应在8~10年以上比较合理。
因此满足要求。
第三章采煤方法选择及带区参数选择计算
第一节采煤方法选择
采煤工作是煤矿井下生产的中心环节。
采煤方法的选择是否合理,直接影响整个矿井的生产安全和各项技术经济指标。
选择采煤方法应当结合具体的矿山地质和技术条件,所选择的采煤方法必须符合安全、经济、煤炭采出率高的基本原则。
(一)、3号煤层为本区的主采煤层,赋存于山西组地层的中下部,为陆相湖泊型沉积,在本采区内的厚度为5.80~7.30米,平均厚度6.80米,全煤含夹矸4~5层。
3号煤层的底板标高为540~700米。
(二)、据钻孔资料,3号煤层顶板主要由泥岩,砂质泥岩,粉砂岩、细砂岩及中粒砂岩组成,局部地段为炭质泥岩。
依据岩石的岩性,厚度,硬度差异及赋存形态的不同,可划分为下列组合形式:
煤层之上为直接顶和老顶;煤层之上为伪顶、直接顶和老顶。
(三)、矿井瓦斯绝对涌出量为64.8m³/min,相对涌出量为13.82m³/t;二氧化碳绝对涌出量为11.14m³/min,相对涌出量为1.32m³/t,属高瓦斯矿井。
(四)、煤尘自燃倾向性属不宜自燃,等级Ⅲ。
煤尘云爆炸下限20g/m³,煤尘云最低着火温度810℃,煤尘层最低着火温度290℃.全矿井平均粉尘浓度14.2mg/m³,
(五)煤层倾角。
煤层倾角是影响采煤方法选择的重要因素。
倾角的变化不仅直接影响采煤工作面的落煤方法、运煤方式、采场支护和采空区处理等的选择,而且也直接影响巷道布置、运输、通风及采煤方法等各种参数的确定。
(六)煤层厚度。
煤层厚度的变化也是影响采煤方法选择的重要因素,应根据煤层厚度选择不同的采煤方法。
薄及中厚煤层通常为一次采全厚,厚及特厚煤层可以采用分层开采的方法,也可用大采高或放顶煤采煤法。
(七)煤层及围岩特征。
煤层的软硬及其结构特征(含夹矸的情况等)、围岩的稳定性等等,都直接影响到采煤机械、采煤工艺以及采空区处理方法的选择。
煤层及围岩性质还直接影响到巷道布置及其维护方法,也影响到带区中各种参数的确定。
由上面分析可知:
矿井为高瓦斯矿井,所采3号煤层为Ⅱ级易自燃煤层,根据矿井开采条件,确定采用综合机械化采煤工艺一次采全高,采高3m,采煤方法为单一走向长壁采煤法。
满足《煤矿安全规程》要求。
矿井采用两翼对角通风方式,系统简单,通风容易。
第二节带区参数选择计算
一、带区斜长及走向长
带区走向长根据地质条件、技术可能性、经济合理性等因素综合分析后确定。
倾斜长壁法分区还应考虑集中装运、通风、供电、排水的合理范围等技术经济因素。
带区地层总体上为单一近水平构造,走向东西,倾向南北;煤层倾角为2°,采区内未发现有断层及陷落柱等构造,采区构造属于简单类,本采区内未见岩浆岩侵入。
矿区地下水产要是中奥陶统碳酸盐裂隙岩溶水和第四系冲洪积层孔隙水。
石炭二叠系基岩风化带及砂岩裂隙含水层等具有贮水条件的地下水。
因此整个带区走向长1935米,倾向长2940米,
二、回采工作面长度、形式
由地质条件、回采工艺方式、运输设备、管理水平、顶板管理能力、采区斜长等综合考虑予以确定。
工作面长度计算方法如下:
A=L•M•S•γ•N•n•C•K1•K2•D
式中:
A—带区生产能力,1.2Mt/a;
L—工作面长度,m;
M—煤层采高,3m;
S—采煤机截深,0.8m;
γ—煤的容重,1.45t/m³;
N—每班进刀数,取2;
n—工作班数,3;
C—工作面回采率,0.95;
K1—正规循环率,取0.9;
K2—掘进率,取1.1;
D—每年工作日,330d;
取工作面长度为186m。
三、煤柱尺寸
(一)、大巷煤柱
式中:
S1—巷道保护煤柱的水平宽度,m;
H—3号煤层巷道的最大垂深,约400m;
M—煤层厚度,3m;
f—煤的强度系数,2。
3号煤层大巷煤柱取30m。
(二)、其它煤柱
3号煤层中,井田边界煤柱留30m,工业场地按一级保护,井筒按一级保护,再根据表土层和基岩厚度(表土移动角45°,基岩移动角72°)计算保安煤柱。
断层、采空区煤柱留设20m。
当矿井报废时,预计护巷煤柱损失可回收50%左右。
四、区段斜长和数目的确定
根据工作面长、区段平巷宽度、护巷方式及煤柱尺寸计算区段斜长,按区段斜长和带区斜长确定区段数。
第四章带区巷道布置
第一节带区巷道布置方案的选择
一、区段平巷的布置方式
根据井田开拓方案,三条主要大巷即为一采区准备巷道。
主要大巷都平行布置在3号煤层中。
在一采区布置首采工作面3101工作面,工作面运输顺槽与主要运输大巷通过溜煤眼连接,回风顺槽与主要回风大巷连接,形成采区运输、通风、排水等系统。
由于3号煤层为全区稳定可采煤层且瓦斯涌出量不大,因此区段斜巷应为沿空掘巷,有利于巷道维护且减少了区段煤柱损失。
根据采掘比1:
2可知区段斜巷为6条;该煤层为单一煤层因此不设有集中巷道。
二、煤层间、厚煤层分层间的联系方式
本次设计为单层3号煤开采,该煤层为单一煤层因此不设有集中巷道。
三、带区上、中、下部车场型式选择
该带区内没有布置上、中、下部车场
四、采区煤仓容量计算及形式选择
随着机械化程度的提高、采区产量增大,相应的采区煤仓容量呈增大趋势,为保证采区正常生产,采区煤仓容量计算如下
式中:
Q—采区煤仓容量,t;
Q0—防煤仓漏风煤量,取5-10t;
L—工作面长度,m;
M—采高,m;
ρ—煤的体积质量,t/m3;
B—采煤机截深,m;
Cm—工作面采出率,%;
Kt—同时生产工作面系数,综采取Kt=1;
n—采区内同采工作面数。
经计算得:
t
采区煤仓容量为624t
第二节采区生产系统综述
(一)、运煤系统:
回采工作面—→运输顺槽—→溜煤眼—→运输大巷—→主要运输大巷—→井底煤仓—→主立井—→地面
掘进工作面—→掘进顺槽—→溜煤眼—→运输大巷—→主要运输大巷—→井底煤仓—→主立井—→地面
(二)、运料系统:
地面—→副立井—→井底车场—→主要轨道大巷—→轨道大巷—→运料行人斜巷—→轨道顺槽—→回采工作面
地面—→副立井—→井底车场—→主要轨道大巷—→轨道大巷—→运料行人斜巷—→轨道顺槽—→掘进工作面
(三)、人员运送系统:
地面—→副立井—→井底车场—→轨道巷—→各个工作地点
(四)、运矸系统:
矿井运输,大巷沿煤层底板掘进。
矿井投产后,基本产生矸石较少,采用矿车从副立井运到地面。
(五)、通风系统:
主副立井—→运输顺槽—→工作面—→回风顺槽—→回风大巷—→风井
主副立井—→运输、轨道大巷—→局部通风机—→掘进工作面—→回风大巷—→风井
第三节带区回采工作面配备和生产能力验算
由于该矿井为现代化矿井,为一井一面因此带区内同时回采的工作面数目为1
(一)、掘进进度指标:
根据《煤炭工业矿井设计规范》,参照本矿经验,巷道掘进进度指标采用如下数值:
煤巷:
400m/月;
岩石平巷:
100m/月;
硐室:
250m³/月;
煤仓:
70m/月;
进风行人斜巷:
100m/月;
回风立井:
70m/月。
(二)、掘进工作面个数和掘进面的机械配备
为了保证采煤工作面正常接替,根据回采工作面和掘进工作面的推进速度,全矿配备两个综掘工作面。
综掘工作面配备EBJ-120TP掘进机、YBT62-2型局部扇风机等设备。
(三)、带区生产能力验算
工作面年产量
计算:
式中:
b──日进度,4.8m
L──回采工作面长度,186m
H──采高,3m
C──割煤回采率,为95%
r──原煤容重,
t──年工作日,330d
φ──正规循环系数,取0.9
代入已知参数得:
=4.8×186×3×0.95×1.45×330×0.9=109.58万吨掘进出煤按回采工作面产量10%考虑,则
为:
=109.58×0.1=10.958万吨
带区生产能力为:
109.58+10.958=120.54万吨
满足设计能力要求。
第四节开采顺序
本次设计为单层3号煤开采。
矿井煤层和带区的开采顺序,生产水平带区划分和配采关系根据开拓布置,本井田适宜综合机械化采煤,设水平布置两个带区,开采顺序依次进行。
第五节带区准备工作及组织
(一)、采准工作
一、巷道断面和支护形式
巷道断面尺寸根据运输、通风、行人、管线敷设等要求而定,各类巷道视围岩条件、服务年限、用途等不同,采用不同的断面及支护形式。
主、副立井、运输大巷、轨道大巷为圆形断面,主立井为混凝土支护,运输大巷、轨道大巷、回风大巷为锚喷支护。
运输顺槽、轨道顺槽和回风大巷均采用矩形断面,顺槽采用锚喷支护,具体尺寸和支护形式见巷道断面图。
运输斜巷断面图
回风斜巷断面图
回风大巷断面图
二、矿井达产时采掘比例关系、掘进率和矸石预计
根据回采工作面和掘进工作面的推进速度,经计算后,确定矿井采掘比为1:
2,即矿井达产时配备一个回采工作面和两个掘进工作面。
(二)、回采工作面接续安排
3101工作面推进长度为1935米,年推进度为1426m,即每个条带采煤时间为1.36年左右,即16个月。
工作面接替采用顺序接替,即先采3101再采3102、3103、3104……依次开采。
顺槽掘进以可以满足工作面接替为宜。
由于采用综掘,本矿井的掘进可以很容易就满足
(三)、带区巷道掘进顺序
巷道掘进顺序:
自运输大巷开掘行人进风斜巷、煤仓,然后在煤层中沿倾斜掘进分带运输进风斜巷至井田边界。
第五章回采工艺
第一节设计回采工作面概况
3号煤层为本区的主采煤层,赋存于山西组地层的中下部,为陆相湖泊型沉积,3号煤层为全区稳定可采煤层,带区地层总体上为单一近水平构造;煤层倾角为2°,带区内未发现有断层及陷落柱等构造,带区构造属于简单类,本带区内未见岩浆岩侵入。
3号煤层在本带区内的平均厚度3米,全煤含夹矸4~5层,煤层结构为0.30(0.10)4.25(0.05)0.45(0.15)0.95(0.03)0.85。
3号煤层的底板标高为300~400米。
据钻孔资料,3号煤层顶板主要由泥岩,砂质泥岩,粉砂岩、细砂岩及中粒砂岩组成,局部地段为炭质泥岩。
依据岩石的岩性,厚度,硬度差异及赋存形态的不同,可划分为下列组合形式:
煤层之上为直接顶和老顶;煤层之上为伪顶、直接顶和老顶。
老顶:
位于直接顶之上,其岩性为灰白色石英长石砂岩,块状,厚层,分选性,磨园性中等。
钙质胶结,坚硬致密,分层厚度大且不稳定,范围从1.70~17.10米,平均厚度7米。
直接顶:
位于煤层和伪顶之上,为灰黑色泥岩或砂质泥岩,含植物化石碎片,层理较发育。
层厚不稳定,变化大,变化范围0~13.0米,平均3.2米。
伪顶:
直接位于煤层之上,为黑色泥岩或炭质泥岩,厚度极不稳定,硬度低,完整性差,含有丰富的植物化石碎片,一般随生产进行随采随落。
煤层底板:
位于煤层之下,多数为直接底或老底,部份孔内见有伪底。
岩性以黑色泥岩,砂质泥岩,灰白色细砂岩及粉砂岩,岩石致密性脆,硬度中等,含植物化石碎片及煤屑。
3号煤层煤质:
黑色,半光亮型-光亮型,沥青光泽,块状、粉状,性脆,内生
裂隙发育。
水分(Mad):
原煤0.20%~1.19%,平均0.76%;浮煤0.34%~1.22%,平均0.63%。
灰分(Ad):
原煤13.53%~34.16%,平均22.35%;浮煤6.72%~15.13%,平均10.38%。
挥发分(Vdaf):
原煤16.65%~22.64%,平均18.66%;浮煤15.24%~19.25%,平均16.81%。
全硫(St.d):
原煤0.63%~4.81%,平均2.69%;浮煤0.41%~2.45%,平均1.30%。
发热量(Qgr.d):
原煤23.07~28.61MJ/kg,平均26.55MJ/kg;浮煤30.72~33.83MJ/kg,平均32.32MJ/kg。
粘结指数(GR.I):
浮煤13~79,平均38.6。
胶质层最大厚度(Y):
浮煤6~13.5mm,平均8.7mm。
瓦斯:
煤层瓦斯绝对涌出量为36.8m³/min,相对涌出量为8.82m³/t,属低瓦斯矿井。
煤尘:
煤尘具有爆炸性,火焰长度15mm。
煤尘自燃倾向性属不宜自燃,等级Ⅲ。
煤尘云爆炸下限20g/m³,煤尘云最低着火温度810℃,煤尘层最低着火温度290℃.全矿井平均粉尘浓度14.2mg/m³
水文:
煤层地下水产要是中奥陶统碳酸盐裂隙岩溶水和第四系冲洪积层孔隙水。
石炭二叠系基岩风化带及砂岩裂隙含水层等具有贮水条件的地下水。
基岩含水层主要有:
二叠系基岩风化带,基岩风化带,砂岩裂隙含水层及石炭系灰岩岩溶裂隙含水层。
基岩风化带因受地质构造,岩性,埋藏深度,季节性补给条件等诸多因素的制约,其富水程度差异较大,单位涌水量为0.00497~1.6731/SM。
一般时间属弱富水程度,在雨季补给期补给条件好的情况下可达强富水程度。
砂岩裂隙含水层可以K8砂岩作为代表(即8号含水层)实验9值,0.003—0.8141/SM。
K7砂岩与3号煤顶板砂岩一般含水性较弱,试验9值为0.00084—0.4361/SM。
第二节回采工艺的确定
(一)、选型设计原则
根据井田的煤层赋存情况,回采工作面主要设备选型时重点考虑以下原则:
1、贯彻山西省煤炭工业局文件(晋煤行发[2008]90号)精神要求,实现机械化开采。
2、设备选型要满足技术先进,生产可靠的前提,力求提高设备的开机率,达到高产高效。
3、充分考虑设备间的匹配性和衔接性,保证运输畅通,最大限度地发挥机械化优势。
4、为工作面创造快速连续开采的条件,加大回采工作面推进长度,减少搬家次数,保证快速搬家,同时做到采准工作快,效率高。
(二)、设备
1.采煤机
根据带区工作面生产条件和生产能力,考虑到各采煤设备之间的配套关系,采煤机选型如下:
3号煤层以一个综采工作面保证年产1.2Mt/a的生产能力。
据资料统计,国内安全高效工作面开机率一般在70%以上,最高达95%;国内高产工作面的开机率平均先进水平在40%~55%以上。
设计按照比国内平均先进水平有所提高,确定综放机组每班开机率为50%。
(1)采高的选择
采煤机的采高应与煤层厚度的变化范围相适应,确定采煤机的采高为3m,因为3号煤的固定性系f=2,应采用的双滚筒采煤机。
(2)滚筒直径的确定
双滚筒采煤机的滚筒直径以大于工作面最大采高的0.5倍为宜。
3号煤层采高为3m,所以双滚筒采煤机的滚筒直径大于或等于1.5m即可满足使用要求,根据采煤机滚筒直径系列,取滚筒直径1.6m。
(3)采煤机截深
截深的选取与煤层厚度,煤层软硬,顶板岩性以及支架移架步距,综合考虑取采煤机的截深为0.80m。
(4)采煤机应具有的生产能力
3号煤层年产120万t/a,年工作日330d,日产量3636.36t/d,除去掘进出煤量的工作面日产量为3625t/d。
采煤机的选择应与工作面生产能力相适应,可用采煤机的平均割煤速度作为基本参数计算,对于端头斜切进刀,双向割煤。
采煤机的平均落煤能力由下式计算:
式中:
—采煤机落煤能力,t/h;
A—回采工作面割煤日产量,3625t/d;
L—工作面长度,186m;
Ls—刮板输送机弯曲段长度,20m;
—采煤机两滚筒中心距,取8m;
K—采煤机日开机率,根据经验取50%;
C—工作面回采率,取95%;
—采煤机反向时间,取5min;
B—采煤机滚筒截深,0.80m;
H—工作面平均采高,3.0m;
γ—煤的容重,1.45t/m³;
根据采煤机的平均落煤能力计算采煤机的平均割煤速度,公式如下:
式中:
—采煤机的平均割煤速度,m/min
—采煤机落煤能力,528t/h
B—采煤机滚筒截深,0.80m
H—工作面平均采高,3m
γ—煤的容重,1.45kg/m³
采煤机最大割煤能力:
式中:
—采煤机最大割煤能力,
K—采煤机不均衡系数,取1.15
采煤机截割功率:
式中:
N——采煤机截割功率,kW;
——备用系数,取1.3;
——采煤机割煤单位能耗,该矿取
=0.60kW·h/m³
由上面数据,可选采煤机的型号为NWG250/575其技术特征表如下表
采煤机技术特征表
设备性能
数据
设备性能
参数
采高范围
1.6~3.6m
牵引速度
6.0m/min
截割深度
0.63m、0.80m
机面高度
1112mm、1426mm
适应煤层倾角
<35°
最小卧底量
265mm
电机功率
200kW
灭尘方式
内、外喷雾
滚筒直径
Ф1600mm、Ф1800mm、Ф2000mm
电压
1140V
最大牵引力
450kN
机重
35t
控顶距
2421mm
最大不可拆卸间尺寸(长
×宽×高)
2500*980*800
2.工作面输送机
工作面可弯曲刮板输送机的选型应满足三个方面的要求:
(1)是工作面刮板输送机能力要保证将采煤机采落的煤全部运出,并留有一定的富裕,刮板输送机能力应不低于采煤机最大割煤能力。
(2)是刮板输送机的外型尺寸和牵引方式与采煤机相匹配。
(3)是刮板输送机长度与工作
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