露天煤矿年产60万吨初步设计毕业论文.docx
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露天煤矿年产60万吨初步设计毕业论文
露天煤矿年产60万吨初步设计毕业论文
摘要I
AbstractII
第一章矿区概况1
1.1矿区概况1
1.1.1矿区地理及行政位置1
1.1.2交通条件1
1.1.3矿床开采对国民经济的意义2
1.2矿区地文、水文及气候2
第二章矿床地质特征3
2.1区域地质特征3
2.1.1地层层序3
2.1.2地质构造4
2.2矿体赋存情况4
2.3矿区水文地质与工程地质5
2.3.1矿区水文地质5
2.3.2矿床勘探程度5
第三章露天矿合理帮坡角确定7
3.1矿区工程地质7
3.1.1松散层地质7
3.1.2基岩岩石物理力学性质7
3.2影响边坡稳定性因素7
3.3露天矿合理帮坡角的确定8
第四章露天开采境界9
4.1开采境界的确定9
4.1.1影响开采境界的因素9
4.1.2确定露天开采境界的原则9
4.1.3圈定的露天开采境界10
4.2露天采场剥离量与煤工业储量的计算12
4.2.1剥离量的计算12
4.2.2露天开采境界煤量计算13
4.3计算平均剥采比14
4.3.1平均剥采比14
4.3.2服务年限14
第五章矿田开拓16
5.1露天矿生产工艺的选择16
5.2开拓系统方案比较与确定16
5.2.1开拓方法选择的主要原则及其影响因素16
5.2.2确定技术上可行的开拓方案16
5.3设备选型18
5.4掘沟工程26
5.4.1掘沟位置的确定26
5.4.2确定出入沟及开段沟的规格29
5.4.3计算掘沟速度33
第六章开采参数与开采程序35
6.1主要开采参数的确定35
6.1.1台阶划分及台阶高度36
6.1.2采掘带宽度的确定36
6.1.3工作平盘要素及宽度37
6.1.4采区长度38
6.2矿山工程发展程序38
第七章露天矿生产能力40
7.1露天矿工作制度40
7.1.1露天矿人员工作制度40
7.1.2主要机械设备的工作制度40
7.2均衡生产剥采比40
7.2.1均衡的必要性40
7.2.2均衡的可能性41
7.2.3均衡生产剥采比41
7.3验证露天矿生产能力43
7.3.1验证露天矿生产能力43
7.3.2露天矿各生产期有用矿物、剥离物的年、日、班生产能力44
第八章穿孔爆破45
8.1选择穿孔爆破方法45
8.2穿孔设备45
8.2.1确定钻机的生产能力45
8.2.2所需设备台数46
8.3确定爆破参数46
8.3.1底盘抵抗线46
8.3.2孔径与孔深47
8.3.3超钻47
8.3.4孔距及排距的计算47
8.3.5单孔装药量计算48
8.3.6装药长度与填塞长度48
8.4爆破器材及爆破方法50
8.4.1爆破器材与起爆方法50
8.4.2爆破材料消耗量51
8.4.3特殊情况的处理51
第九章采装工作52
9.1采装设备选型及其主要参数52
9.1.1采装设备选型52
9.1.2采掘方式及工作面参数52
9.1.3工作平盘配线方式52
9.2挖掘机生产能力及数量的计算52
9.2.1挖掘机生产能力计算52
9.2.2挖掘机数量计算53
第十章露天矿运输54
10.1运输设备及运输系统54
10.1.1运输方法的选择及其设备选型54
10.1.2汽车运输的限制坡度54
10.1.3设备运输能力及数量计算54
第十一章排土57
11.1选则排土场的原则及位置57
11.1.1选则排土场的原则57
11.1.2排土场位置的确定57
11.2排土量计算57
11.2.1排土场主要参数57
11.2.2排土容量的计算59
11.3排弃方式及设备选择59
11.3.1排弃方式59
11.3.2排土设备数量计算59
第十二章露天矿采掘进度计划61
12.1露天矿采掘进度计划编制方法及依据61
12.1.1编制原则61
12.1.2编制依据及方法61
12.2编制矿山工程进度计划图表61
第十三章总平面布置62
13.1总平面布置的原则62
13.2总平面布置62
13.2.1工业场地62
第十四章露天矿主要技术经济指标63
第十五章土地复垦66
参考文献67
附录68
致谢87
第一章矿区概况
1.1矿区概况
1.1.1矿区地理及行政位置
美厚煤矿位于自治区鄂尔多斯市《煤田地质资料汇编》区的北部边缘,行政区划隶属于鄂尔多斯市达拉特旗高头窑镇。
镇政府距旗所在地树林召镇80km,本矿西距镇政府所在地宝利庙村9.2km,其地理坐标为:
东经:
109°38′23″~109°40′29″
北纬:
40°04′37″~40°05′42″
1.1.2交通条件
本区交通以公路为主,美厚露天煤矿西行9.2km至高头窑镇,东行19km到达~神木铁路,东行28km到达~高速公路,~有运煤专线,里程为100km,交通较为方便,交通位置如图1.1所示。
图1.1交通位置图
1.1.3矿床开采对国民经济的意义
本区的农业受当地地理与经济状况的限制,耕作方式主要以传统的方式生产,生产十分落后。
本区的主要经济支柱为采矿业,随着煤田的大规模开发,许多从事传统农业的农民也加入到煤炭采掘的工作中,成为煤炭工人,农村剩余劳动力不多。
随着采矿业的大力发展,当地第三产业也呈大力发展的趋势,带动了地方经济的进一步发展。
1.2矿区地文、水文及气候
本矿区地处鄂尔多斯高原北部,库布其沙地南缘。
境地形较为复杂,东北较高,西南较低,最高海拔标高1335.0m,位于井田东边;最低海拔标高1259.0m,位于井田西边,地形相对高差76m。
本区地貌类型属岗状丘陵沟壑区。
矿区无河流,只有季节性沟,由东向西流出区外,平日无水,大雨后山洪瀑发,流入柳沟,向北注入库布其沙漠。
本区气候属半干旱、半沙漠的高原大陆性气候,冬季严寒,夏季炎热,春季多风,秋季凉爽,最高气温月份为七月份,最高气温可达40.2℃(达拉特旗,1975年7月16日),最冷为一月份,最低气温为―34.5℃(达拉特旗1971年1月22日)年平均气温5.5~7.3℃。
全年少雨,温差较大,无霜期短,冰冻期长。
降雨量多集中于7、8、9三个月,年降水量为194.7~531.6mm,年蒸发量为2297.4~2833.7mm。
春冬两季风力较大,一般在4级以上,最大风力可达10级,风向多为西北风。
冰冻期较长,最长冻土天数为167天(1976年),最大冻土深度为2.04m(1964年3月1日)。
依据《中国地震动参数区划图》得知:
达拉特旗所在区域地震动峰值加速度(g)为0.30,对照地震烈度为8.5度。
第二章矿床地质特征
2.1区域地质特征
2.1.1地层层序
美厚煤矿资源储量核实区位于煤田北部找煤区的北部边缘,地形切割较为严重,井田基本被第四系风积砂覆盖。
据钻孔资料揭露,井田赋存地层为第四系、上侏罗~下白恶统志丹群、侏罗系中统直罗组、中下侏罗统组、三叠系上统延长组和下统和尚沟组,现从老至新分述如下:
(一)三叠系
1.下统和尚沟组:
(T1h)
岩性为棕红色、暗紫红色砂岩及砂质泥岩,常夹有灰兰色条带或斑点,亦有砂、泥岩互变现象。
在矿区西北角有出露。
2.上统延长组:
(T3y)
岩性特征为灰绿、灰白色中粒石英砂岩,含较多的云母及少量的暗色矿物,中上部夹煤线或油页岩,该组地层为煤系地层的沉积基底。
(二)侏罗系
1.侏罗系中下统组:
(J1―2y)
该组为本区主要含煤地层,岩性主要为灰、灰白色砂岩及深灰色泥岩、砂质泥岩和煤组成,该组地层的上部煤质较好,发育的煤层厚度大,层位稳定,本矿所采的2―2上煤层就位于组的上部,3―2下煤层厚度较大,层位稳定,为全区发育的较稳定煤层,其它煤层为较稳定及不稳定煤层,中下部个别地段含煤,多不可采。
该组的地层厚度为0~106.0m,一般厚度为93.06m,与下伏地层呈假整合接触。
2.侏罗系中统直罗组:
(J2z)
该组地层岩性为一套杂色的细、中粒砂岩、砂质泥岩、泥岩,泥质或粘土质胶结,较疏松,含有铁质结核和硅化木。
利用的2个钻孔中均揭露该组地层,由于遭受后期剥蚀,厚度在横向上变化较大,为0~55.12m,平均厚度27.56m,零星出露于矿区东部,与下伏地层呈假整合接触。
3.上侏罗统~下白垩统志丹群:
(J3~K1zh)
核实区大部分遭受剥蚀,仅在矿区东南部残存并出露,下部岩性为杂色、浅黄色、紫红色砾岩,夹中~粗粒砂岩、泥质胶结,较松散。
砾石成分主要为片麻岩、花岗片麻岩、石英岩等;中部为一套巨大型层理的棕红色中细粒砂岩;上部为浅红色、紫红色粉砂岩、砂质泥岩,具水平层理。
408号孔揭露该地层厚度为27.23m,不整合于下伏地层之上。
(三)第四系:
(Q)
区广泛分布,不整合于老地层之上,底部为上更新统马兰组黄土(Q3m),岩性为淡黄色亚砂土,柱状节理发育,含钙质结核;上部为全新统风积砂(Q4eol),在区大面积覆盖,钻孔揭露厚度为0~11.53m,平均为7.16m。
2.1.2地质构造
本区的构造特征和煤田的总体构造形态相一致,沿煤层走向NW,倾向SW的单斜构造,地层倾角1~3°。
为煤层产状平缓起伏。
无断层发育,无岩浆活动,构造复杂程度属于构造简单类型。
2.2矿体赋存情况
本区煤系地层组,赋存于矿区的中部与东部,在西北角有三叠系下统和尚沟组地层出露。
其煤系地层赋存围,根据《煤田资料汇编》填绘的地形地质图,三叠系地层与侏罗系地层出露情况,结合地面调查情况,按中下侏罗统组地层向北超覆,找出煤系地层赋存边界。
其煤系地层推测边界的确定依据是,根据《煤田资料汇编》填绘的1:
10万地形地质图,三叠系与侏罗系地层出露情况,结合地面调查情况,按中下侏罗统组地层向北超覆,从和尚沟组地层出露向南东推250~300m来确定赋存围。
陆盆地沉积为特征的碎屑岩含煤构造。
依据其岩性、岩相及含煤特征,将该组地层划分为上、中、下三个岩段,下岩段核实区缺失,自下而上分述如下:
1.中岩段(J1―2y2):
位于组中部,含3、4煤组,含煤1~5层,可以对比成层的为2层,即3―2中和3―2下煤层。
该段下部以灰白色粉砂岩、灰色砂质泥岩及煤层为主,局部为中~细砂岩及泥岩,小型交错层理及波状层理发育,为河流~三角洲浅湖相沉积;上部由灰白色粉砂岩、细砂岩及煤层组成,局部为中粒砂岩及砂质泥岩,水平纹理、波状层理及小型交错层理发育,局部含淡水动物化石,为三角洲~浅湖相沉积。
岩段厚度为0~71.00m,一般厚度62.00m。
地层厚度变化小,规律性不明显。
2.上岩段(J1―2y3):
由3号煤组顶板砂岩至组顶界,含2煤组,含煤1~5层,可以对比成层的为一层,即2―2上煤层。
以灰白色粉砂岩、中~细砂岩及煤层为主,次为深灰色砂质泥岩及粗粒砂岩、交错层理、波状层理及平行层理发育,为河流沉积体系。
全段厚度0~35.00m,一般厚度31.06m,地层厚度由南向北逐渐变小,规律性较明显,与中岩段呈整合接触。
2.3矿区水文地质与工程地质
2.3.1矿区水文地质
本矿区地处鄂尔多斯高原北部,库布其沙地南缘。
境地形较为复杂,东北部高,西南较低,最高标高1335.0m,位于井田东边;最低标高1259.0m,位于井田西边,地形相对高差76m。
本区地貌类型属岗状丘陵沟壑区。
本区含水岩组的划分与区域含水岩组的划分基本一致。
因区第三系半胶结岩层零星分布,故与第四系松散岩合并。
本次勘探根据区岩层的水文地质特征划分为两大岩组,即松散岩~半胶结岩层孔隙潜水含水岩组及碎屑岩类裂隙~孔隙、潜水~承压水含水岩组。
对于碎屑岩类含水岩组又根据其富水性及与煤层的关系细分为5个含水岩段、4个相对隔水层。
区地表水、地下潜水主要受气候影响而产生动态变化,大气降水是其主要影响因素,故地表水、潜水与大气降水之间的关系较为密切,大气降水对地表水、潜水的水位、水量起控制作用。
承压水动态变化较小,与大气降水之间的关系不大,而在北部补给区,则与大气降水有着一定的水力联系。
综上所述,将本区水文地质类型基本确定为第二~第一类、第一型,即直接充水含水层以裂隙~孔隙充水为主的水文地质条件简单的矿床。
2.3.2矿床勘探程度
本次煤炭资源储量核实利用了402钻孔资料并参考利用407钻孔资料,402号孔钻探工程量为123.21m,钻孔质量较好,综合级别为甲级,甲级钻孔所占百分比为100%,共见可采煤层4层,均为优质和合格,合格率为100%,因此钻孔质量较高,提供的地质基础资料可靠。
本区为向西南倾斜的单斜构造,地层倾角1~3°,未发现断裂,无岩浆活动,构造复杂程度属简单类型,各可采煤层层位稳定,对比可靠,煤层厚度有一定变化,但规律性较明显,大部分可采,煤层稳定程度确定为较稳定类型。
矿区基本勘查类型确定为一类二型。
原《煤田资料汇编》区由于勘查面积较大,为8790km2,煤层在局部围十分稳定,但在大区煤层的厚度呈一定的变化趋势,煤层的稳定类型最高为较稳定型,勘探类型为一类二型,勘查工程基本网格为6000×6000m。
工作程度仅达到找煤阶段。
第三章露天矿合理帮坡角确定
3.1矿区工程地质
3.1.1松散层地质
本区第四系松散层覆盖面广,厚度为0.50~33.25m,一般厚度为9.05m。
为了说明区松散层的工程地质特征,从土样试验成果可知:
松散层比重为2.69g/cm3;渗透系数为5.6×10-3m/s,不均匀系数为2.18,含水量为2.4%;孔隙度为39%,天然休止角在干燥状态为40°,含水状态为30°。
3.1.2基岩岩石物理力学性质
根据地质资料,将岩石分为三类,即:
砂岩类、粉砂岩、泥岩类。
按照抗压强度的大小,分别确定岩石的坚硬级别。
1.砂岩类:
颜色为灰~灰白色,矿物成分以石英为主长石次之,层理不发育,一般呈中厚~厚层状,多数为泥质胶结,个别为钙质胶结。
泥质砂岩抗压强度1.8~22.4Mpa,一般为11.0Mpa,软化系数0.44~0.50,属于软弱岩类。
钙质砂岩的抗压强度为79.4Mpa,属于坚硬岩类。
2.粉砂岩类:
颜色一般为灰白色,层理较发育,一般呈薄层~中厚层状,疏松易碎。
抗压强度12.8~33.7Mpa,一般为22Mpa,属于软弱~半坚硬岩类。
3.泥岩类:
颜色呈灰~深灰色,层理较发育,一般呈薄层状,个别呈页理状,节理裂隙不发育。
抗压强度10.4~30.8Mpa,一般为20.6Mpa,软化系数0.10~0.29,属于软弱~半坚硬岩类。
综上所述,区岩石除钙质砂岩为坚硬类外,其它岩石多数属于软弱类别,极个别为半坚硬类。
3.2影响边坡稳定性因素[1]
该矿区的岩石分为砂岩类、粉砂岩和泥岩类。
其中砂岩类矿物成分以石英为主长石次之,层理不发育,属于软弱岩类。
粉砂岩类层理较发育,属于软弱~半坚硬岩类。
泥岩层理也较发育,也属于软弱~半坚硬岩类。
长石类矿物经风化后分解成次生粘土类矿物,此成分往往导致滑坡。
总之,露天矿边坡稳定性对岩石节理、弱层、断层的敏感性较高,在生产时应密切注意岩石节理、弱层、断层的产状与矿坑边坡的关系,一旦出现对边坡不利的情况,应立即采取抗滑工程措施,防止边坡滑坡。
3.3露天矿合理帮坡角的确定
根据砂岩和煤的性质来确定露天矿合理帮坡角,已知该区位于煤田北部,本区的构造特征和煤田的总体构造形态相一致,岩煤层走向NW,倾向SW的单斜构造,地层倾角1~3°。
煤层产状平缓起伏,无断层发育,无岩浆活动,构造复杂程度属于构造简单类型。
根据该区的地质条件和构造以及煤岩的如下特征:
1.砂岩类:
颜色为灰~灰白色,矿物成分以石英为主长石次之,层理不发育,一般呈中厚~厚层状,多数为泥质胶结,个别为钙质胶结。
泥质砂岩抗压强度1.8~22.4Mpa,一般为11.0Mpa,软化系数0.44~0.50,属于软弱岩类。
钙质砂岩的抗压强度为79.4Mpa,属于坚硬岩类。
2.粉砂岩类:
颜色一般为灰白色,层理较发育,一般呈薄层~中厚层状,疏松易碎。
抗压强度12.8~33.7Mpa,一般为22Mpa,属于软弱~半坚硬岩类。
3.泥岩类:
颜色呈灰~深灰色,层理较发育,一般呈薄层状,个别呈页理状,节理裂隙不发育。
抗压强度10.4~30.8Mpa,一般为20.6Mpa,软化系数0.10~0.29,属于软弱~半坚硬岩类。
岩石硬度系数为6~8。
根据砂岩和煤的工程力学性质,以及查《采矿设计手册2》P29页表1-1-6及1-1-7,中国建筑工业出版。
确定该露天矿的最终边坡角为35°。
煤层台阶边坡角60°。
岩石台阶边坡角65°。
表土层台阶边坡角35°。
第四章露天开采境界
4.1开采境界的确定
4.1.1影响开采境界的因素[2]
影响露天开采的因素很多,归纳起来可分为三类:
自然因素:
包括矿床赋存条件,矿石和围岩性质,地形、矿山附近的河流湖泊,工程地质和水文地质,矿石品位等。
技术组织因素:
包括露天和地下开采的技术水平,装备水平,矿山附近的铁路,主要建筑物构筑物等。
经济因素:
包括基建投资,基建时间和达产时间,矿石的开采成本和销售价格,开采过程中矿石的损失和贫化,以及国民经济发展水平等。
上述因素,对不同矿床条件,其影响程度是不同的,在露天开采时要综合考虑。
4.1.2确定露天开采境界的原则[2]
第一种:
境界剥采比不大于经济合理剥采比
实质是在开采境界边界层矿石的露天开采费用不超过地下开采费用。
圈定的露天开采境界要保证露天采矿场采出的矿石有盈利,所圈定的露天采矿场的帮坡应等于露天边坡稳定所允许的角度,以保证露天采矿场的安全生产;要充分利用资源,尽可能把较多的矿石圈定在露天开采境界,发挥露天开采的优越性;
第二种:
平均剥采比不大于经济合理剥采比
实质是使露天开采境界全部储量用露天开采的总费用小于或等于地下开采该部分储量的总费用。
对于近水平的矿体可以采用此原则确定露天开采境界。
下列情况,可适当扩大露天开采境界:
按境界剥采比不大于经济合理剥采比圈定露天开采境界后,境界外余下的工业矿量不多,经济上不宜再用地下开采;矿石和围岩稳固性差,水文地质条件复杂,水量大,矿石和围岩有自燃危险,在安全上和技术上不适于用地下开采。
下列情况,可适当缩小露天开采境界:
开采境界边缘附近有重要建筑物、构筑物、河流和铁路干线等需要保护,或难于迁移至露天采场影响围以外;排弃场占用大量农田,征地困难;由于地形条件,造成基建剥离量大和初期生产剥采比大;为了避开严重影响边坡稳定的不稳定岩层;如果基建剥离量大,初期生产剥采比大,则需进行综合技术经济比较,以确定用露天或地下开采;对于特厚的剥采比很小的矿床,有时要根据勘探程度及服务年限确定露天开采境界,而不应按境界剥采比确定开采境界。
4.1.3圈定的露天开采境界
根据美厚煤矿煤层赋存条件及其勘察报告得知,煤层厚度变化围不大,近水平分布,倾角小,赋存稳定。
在矿区围之地面构筑物不会对露天开采造成影响。
所以在采矿权,只要满足条件:
境界剥采比不大于经济合理剥采比;就可以采用露天开采。
现将可采煤层特征列表如下。
表4.1可采煤层特征一览表
煤层
煤层平均厚度
煤层间距
埋藏深度
2―2上
2.28
29.72
0~55
3―2中
2.28
10~82.11
2.37
3―2下
2.56
14.99~87.10
根据经济合理剥采比njh=10m3/t。
对于采区的2―2上煤层:
煤层平均厚度2.28m,距离地表埋深为(0~55)m,平均埋深16m。
据境界剥采比不大于经济合理剥采比的原则,计算如下:
nj≈
=
m3/t。
(4-1)
其中:
nj—境界剥采比;
njh—经济合理剥采比;
VP—岩石量;
AP—煤量;
hp—岩层厚度;
hA—煤层厚度;
γ—煤的容重;
符合条件nj≤njh。
故此煤层可采用露天开采。
对于3―2中煤层:
验证2―2上煤层围之外的3―2中煤层是否可采:
煤层平均厚度2.28m,岩层平均厚度为18m。
那么它的境界剥采比是:
nj≈
=
m3/t。
nj≤njh,露天开采的经济效益优于地下开采,此时宜采用露天开采。
在2―2上煤层赋存围,此时3―2中煤层与2―2上煤层间距为29.72m,煤层平均厚度为2.28m,那么它的境界剥采比为:
nj≈
=
m3/t。
nj≤njh,露天开采的经济效益优于地下开采,此时宜采用露天开采。
对于3―2下煤层:
3―2下煤层赋存于整个境界。
3―2下煤层与3―2中煤层间距仅为2.37m,煤层平均厚度为2.56m。
所以nj≤njh。
综上所述,各煤层均满足境界剥采比不大于经济合理剥采比,故可以采用露天开采。
根据上述计算得知,露天矿的上部境界拐点如下表:
表4.2露天矿上部境界坐标
点号
X
Y
A
4441000.00
37385952.00
B
4440417.00
37385617.00
C
4440000.00
37385109.00
D
4439690.00
37384849.00
E
4439408.00
37384592.00
2
4441000.00
37387000.00
3
4439000.00
37387000.00
4
4439000.00
37385000.00
上述拐点圈定的围即是露天矿的上部境界。
由于露天矿的最终边坡角为35°,根据地质地形图与最下层煤的地板等高线可知每一点的开采深度,由此确定底部境界。
所确定的境界图如4.1所示。
图4.1美厚煤矿境界图
查《采矿手册》,对于中小型露天矿采用单斗卡车开采工艺,最小底宽约为20m。
此露天矿分为深凹部分和山坡部分,封闭圈以下的开采深度为18m,山坡部分高度最高为47m。
4.2露天采场剥离量与煤工业储量的计算
4.2.1剥离量的计算
境界煤层倾角平缓,仅在3°以,构造简单,煤层层位稳定,厚度、煤质及水文地质条件变化小,所有块段面积计算均由计算机完成,采用autoCAD2004软件,且各块面积分别计算后,之和与整个可采区面积计算后检验,误差率较小,计算结果比较准确。
剥离量估算公式为:
Q=S×M(4-2)
其中:
Q—剥离量(单位:
m3);
S—块段面积(单位:
m2);
M—剥离层平均厚度(单位:
m);
根据以上公式计算得:
2―2上煤层以上岩层岩量Q岩=2.92×106×16=4.67×107m3;
2―2上与3―2中煤层之间岩石岩量Q岩=2.4×106×25=6×107m3;
3―2中与3―2下煤层之间岩石岩量Q岩=2.35×106×2.37=5.5×106m3。
所以总的剥离量为:
Q=4.67107+6107+5.5106=1.1108m3。
4.2.2露天开采境界煤量计算
煤的工业储量可按公式(4-3)计算:
Q=M×S×γ×K(4-3)
式中:
Q—煤的工业储量,万t;
M—煤层平均厚度,m;
S—赋存面积,m2;
γ—煤层容重,t/m3;
K—可信度系数。
则境界各煤层的工业储量计算如下:
2―2上煤层:
2.28×2.92×106×1.34=894万t
3―2中煤层:
2.28×3.57×106×1.
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