煤矿井下薄喷料制作方法、施工方法及气动喷浆装置[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 111056804 A(43)申请公布日 2020.04.24

(21)申请号 202010065380.2(22)申请日 2020.01.20

(71)申请人 河南中煤矿业科技发展有限公司

地址 4500 河南省安阳市滑县新区大三

路中段路北(72)发明人 赵恒帅　陈东科　宋国强　赵永旗　(74)专利代理机构 安阳市智浩专利代理事务所

(普通合伙) 41116

代理人 杨红军(51)Int.Cl.

C04B 28/04(2006.01)E21D 11/10(2006.01)

权利要求书1页 说明书6页 附图1页

CN 111056804 A(54)发明名称

煤矿井下薄喷料制作方法、施工方法及气动喷浆装置(57)摘要

煤矿井下薄喷料制作方法、施工方法及气动喷浆装置，涉及煤矿井下生产技术领域，薄喷料用无机填料、高标白水泥、聚合物粉体、石英粉、钛白粉、可再分散乳胶粉、硫铝酸钙和其它助剂，按比例混合。喷施装置包括：左、右搅拌桶交替工作；气动喷浆机入口与左、右搅拌桶的底部通过三通相连，气动喷浆机出口连接高压管及喷。本发明的有益效果是：解决了现有喷射混凝土技

劳动环境差，材料消耗大，辅术存在施工速度慢，

助运输量大，安全隐患多等缺点。薄喷料结合新型喷浆技术及气动喷浆装置，形成了施工高效，确保安全，提高了喷浆的速度和质量，改善了工作环境，同时降低了成本。

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权　利　要　求　书

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1.煤矿井下薄喷料制作方法，包括无机填料、高标白水泥、聚合物粉体、石英粉、钛白粉、可再分散乳胶粉、硫铝酸钙和其它助剂；其特征在于：所述无机填料、高标白水泥、聚合物粉体、石英粉、钛白粉、可再分散乳胶粉、硫铝酸钙和其它助剂的重量百分比为：36－44:18－22:13－17:8－12：4－6: 4－6：2－3:2－3；制作时，将上述原料混合均匀，包装保存；形成薄喷料；所述其它助剂包括消泡剂、憎水剂、纤维素醚；所述其它助剂包括消泡剂、憎水剂、纤维素醚，其重量比为：42－46：20－24：31－35。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下薄喷料制作方法，其特征在于：所述无机填料、高标白水泥、聚合物粉体、石英粉、钛白粉、可再分散乳胶粉、硫铝酸钙和其它助剂的重量百分比为：40:20:15:10：5:5：2.5:2.5；所述其它助剂包括消泡剂、憎水剂、纤维素醚；所述其它助剂为消泡剂、憎水剂、纤维素醚，其重量比为：44：22：33。

3.根据权利要求1或2所述的煤矿井下薄喷料制作方法，其特征在于：所述无机填料为惰性粉体材料。

4.根据权利要求1或2所述的煤矿井下薄喷料制作方法，其特征在于：所述无机填料为钙粉和/或石粉。

5.根据权利要求4所述的煤矿井下薄喷料制作方法，其特征在于：所述无机填料为钙粉和石粉，两者的重量比为钙粉：石粉=1.8－2.2：1。

6.一种用于实施权利要求1所述的煤矿井下薄喷料制作方法所形成的薄喷料的煤矿井下薄喷料的施工方法，其特征在于：将所述薄喷料与水按质量比2：1的比例混合均匀后，通过煤矿井下薄喷料气动喷浆装置喷出，喷厚4mm－5mm，喷速5m/min－20m/min。

7.一种用于实施权利要求6所述的煤矿井下薄喷料的施工方法的矿井下薄喷料气动喷浆装置，其特征在于：所述气动喷浆机的结构是：包括底座、气动喷浆机、搅拌桶、气动搅拌器、高压管、喷，其特征在于：底座上设置气动喷浆机、搅拌桶、气动搅拌器，所述搅拌桶分为左搅拌桶与右搅拌桶，搅拌桶内分别装有气动搅拌器，即左气动搅拌器、右气动搅拌器，左、右搅拌桶交替工作；气动喷浆机入口与左、右搅拌桶的底部通过三通相连，左搅拌桶底部设置有左阀门，搅拌桶底部设置有右阀门，气动喷浆机出口连接高压管，高压管的末端设置有喷。

8.根据权利要求7所述的井下薄喷料气动喷浆装置，其特征在于：所述左、右搅拌桶交替工作，指当左搅拌桶搅拌均匀，正常喷涂时，右搅拌桶内开始按比例加入水和薄喷料进行搅拌；当左搅拌桶内的薄喷料喷完时，关闭左阀门打开右阀门，开始喷涂右搅拌桶内刚搅拌均匀的薄喷料，同时左搅拌桶内按比例加入水和薄喷料进行搅拌；当右搅拌桶内的薄喷料喷完时，关闭右阀门打开左阀门，开始喷涂左搅拌桶内刚搅拌均匀的薄喷料。

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煤矿井下薄喷料制作方法、施工方法及气动喷浆装置

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技术领域

[0001]本发明涉及煤矿井下生产技术领域，进一步是井下巷道薄喷料制作及施工技术，进一步是井下密闭加固、深井隔热、隔绝空气防风化、防锈蚀的矿用喷涂材料制作方法及施工方法。

背景技术

[0002]锚网支护是煤矿支护技术改革的一大进步，在提高单进和降低支护成本中起到了重要作用。但是，随着巷道服务时间的增加，在巷道变形膨胀的作用下，锚杆受力逐渐增加，而在井下潮湿的特殊条件下，巷道表面岩层逐渐风化，围岩强度日趋降低。在锚杆作用力之下，风化的围岩极易被锚杆托盘压坏，而托盘下的围岩一旦破坏，锚杆的作用力将随之降低甚至完全失效。更为严重的是，在井下潮湿环境下，锚杆、托盘及金属网锈蚀严重，锚网等金属支护材料的锈蚀使得锚杆支护极易发生松弛、拉坏等情况，使得锚杆预应力逐渐损失，从而导致支护效果变差，严重影响了巷道的稳定。因此，为了保证矿井生产安全，延长巷道的使用寿命，必须对已施工的巷道采取防围岩风化及金属支护防锈蚀的补救措施，需要对新掘进巷道及时进行封闭。目前大多采用普通的喷射混凝土或砂浆来封闭巷道，从而解决围岩风化及锚杆金属网锈蚀问题。但随着煤矿开采速度的加快，采用普通干喷混凝土或砂浆封闭围岩的方法缺陷越来越明显：一是施工工艺复杂，工人劳动强度大，喷射速度慢，尤其对于机掘锚网巷道采取喷射混凝土封闭，其喷射施工速度远远跟不上机械花掘进速度的步伐；二是喷射混凝土回弹率高，成本高；三是粉尘浓度大，施工现场环境差；四是喷射混凝土对提高巷道的支护强度作用并不明显，在受动压影响的巷道喷混反而容易掉皮、脱落而影响安全。事实证明：锚网支护才是巷道支护的主体，只要能保证锚杆支护作用的长期有效性，巷道就能保证持续的稳定性。从已完成锚网支护而未喷射混凝土的裸露巷道来看，由于井下空气潮湿，掘进后支护时间不长，就会出现金属网锈蚀，围岩风化现象。个别严重锈蚀的金属网和风化松动的围岩处出现金属网或锚杆断裂，严重影响了矿井的正常生产，对矿井安全也造成了严重威胁。[0003]为了克服上述缺陷，我们研发了一种煤矿井下薄喷料制作方法、施工方法及气动喷浆装置。

发明内容

[0004]本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种煤矿井下薄喷料制作方法、施工方法及气动喷浆装置，它可有效地解决现有喷射混凝土技术存在施工速度慢，劳动环境差，材料消耗大，辅助运输量大，安全隐患多等诸多缺点。[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

煤矿井下薄喷料制作方法，其特征在于：所述煤矿井下薄喷料由无机填料、高标白水泥、聚合物粉体、石英粉、钛白粉、可再分散乳胶粉、硫铝酸钙和其它助剂按一定比例配制而成；所述无机填料、高标白水泥、聚合物粉体、石英粉、钛白粉、可再分散乳胶粉、硫铝酸钙和

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其它助剂的重量百分比为：36－44:18－22:13－17:8－12：4－6: 4－6：2－3:2－3；制作时，将上述原料混合均匀，包装保存。[0006]进一步：

所述无机填料、高标白水泥、聚合物粉体、石英粉、钛白粉、可再分散乳胶粉、硫铝酸钙和其它助剂的重量百分比为：38－42:19－21:14－16:9－11：4.5－5.5: 4.5－5.5：2.3－2.7:2.3－2.7。

[0007]所述无机填料、高标白水泥、聚合物粉体、石英粉、钛白粉、可再分散乳胶粉、硫铝酸钙和其它助剂的重量百分比为：40:20:15:10：5:5：2.5:2.5。[0008]所述无机填料为惰性粉体材料，进一步：所述无机填料为钙粉和/或石粉；所述无机填料如果选择钙粉和石粉，则两者的重量比为钙粉：石粉=1.8－2.2：1，优选比例为钙粉：石粉=2：1。

[0009]所述高标白水泥的标号为42.5，为无机胶凝材料。[0010]所述其它助剂包括消泡剂、憎水剂、纤维素醚；所述其它助剂为消泡剂、憎水剂、纤维素醚时，其重量比为：消泡剂：憎水剂：纤维素醚＝42－46：20－24：31－35，优选重量比为：44：22：33。

[0011]所述其它助剂中还包括颜料，所述颜料主要为铁红或铁绿，当加入颜料后可改变薄喷料的颜色，用于巷道美化。所述其它助剂为消泡剂、憎水剂、纤维素醚和颜料时，其重量比为：消泡剂：憎水剂：纤维素醚：颜料＝38－42：18－22：28－32：8－12，优选重量比为：40：20：30：10。

[0012]本发明还公开了上述薄喷料的施工方法。[0013]煤矿井下薄喷料施工方法，其特征在于：将煤矿井下薄喷料与水按质量比2：1的比例混合均匀后，通过煤矿井下薄喷料气动喷浆装置喷出，喷厚4mm-5mm，喷速5m/min -20m/min。

[0014]本发明还提供了一种结构简单，工作可靠，方便移动、无需电源、正常工作时设备噪音较小、重量轻、无粉尘排放的适合本发明薄喷料使用的煤矿井下薄喷料气动喷浆装置。[0015]煤矿井下薄喷料气动喷浆装置，包括底座、气动喷浆机、搅拌桶、气动搅拌器、高压管、喷，其特征在于：底座上设置气动喷浆机、搅拌桶、气动搅拌器，所述搅拌桶分为左搅拌桶与右搅拌桶，搅拌桶内分别装有气动搅拌器，即左气动搅拌器、右气动搅拌器，左、右搅拌桶交替工作；气动喷浆机入口与左、右搅拌桶的底部通过三通相连，左搅拌桶底部设置有左阀门，搅拌桶底部设置有右阀门，气动喷浆机出口连接高压管，高压管的末端设置有喷。

[0016]进一步：

所述左、右搅拌桶交替工作，指当左搅拌桶搅拌均匀，正常喷涂时，右搅拌桶内开始按比例加入水和薄喷料进行搅拌；当左搅拌桶内的薄喷料喷完时，关闭左阀门打开右阀门，开始喷涂右搅拌桶内刚搅拌均匀的薄喷料，同时左搅拌桶内按比例加入水和薄喷料进行搅拌；当右搅拌桶内的薄喷料喷完时，关闭右阀门打开左阀门，开始喷涂左搅拌桶内刚搅拌均匀的薄喷料。

[0017]所述喷和气动喷浆机之间用高压管连接，需要远距离喷射时，在高压管上设置加长杆。

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进一步：设置左、右搅拌桶，实现左右交替工作，周而复始，节省了大量工作时间，提高了喷涂效率，节约成本。

[0019]所述气动喷浆机与左右搅拌桶通过三通相连，搅拌桶内装有气动搅拌器，喷和气动喷浆机之间用高压管连接，如需要远距离喷射，可使用加长杆。[0020]所述气动喷浆机无需用电，安全可靠，且体积小、重量轻，压力大，方便移动。[0021]本发明的有益效果是：本发明的井下薄喷料，具有瓦斯矿井密闭、深井隔热、防风化、防锈蚀、巷道美化、阻燃、抗静电等特点。主要适用于井下巷道密闭、加固、防突、防风化和巷道美化等。它可有效地解决现有喷射混凝土技术存在施工速度慢，劳动环境差，材料消耗大，辅助运输量大，安全隐患多等诸多缺点，是煤矿井下巷道喷涂的理想材料。薄喷料结合新型喷浆施工技术及气动喷浆装置，其左右搅拌桶交替工作及气动高压喷的设置，形成了施工高效，确保安全，提高了喷浆的速度和质量，改善了工作环境，同时降低了成本，取得了较好的经济效益和社会效益。

[0022]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。附图说明

[0023]图1为本发明气动喷涂装置结构示意图，图中：1为左扶手，2为右扶手，3为气动喷浆机，4为左搅拌桶，5为右搅拌桶，6为左气动搅拌器，7为右气动搅拌器，8为高压管，9为喷，10为三通，11为左阀门，12为右阀门，13为底座。具体实施方式

[0024]实施例1－7，为一种煤矿井下薄喷料制作方法。[0025]实施例1：一种煤矿井下薄喷料制作方法：所述煤矿井下薄喷料由无机填料、高标白水泥、聚合物粉体、石英粉、钛白粉、可再分散乳胶粉、硫铝酸钙和其它助剂按一定比例配制而成；所述无机填料、高标白水泥、聚合物粉体、石英粉、钛白粉、可再分散乳胶粉、硫铝酸钙和其它助剂的重量百分比为：36:18:13:8：4: 4：2:2；制作时，将上述原料混合均匀，包装保存，形成薄喷料。[0026]实施例2：一种煤矿井下薄喷料制作方法：所述煤矿井下薄喷料由无机填料、高标白水泥、聚合物粉体、石英粉、钛白粉、可再分散乳胶粉、硫铝酸钙和其它助剂按一定比例配制而成；所述无机填料、高标白水泥、聚合物粉体、石英粉、钛白粉、可再分散乳胶粉、硫铝酸钙和其它助剂的重量百分比为：44:22:17:12：6: 6：3:3；制作时，将上述原料混合均匀，包装保存，形成薄喷料。[0027]实施例3：一种煤矿井下薄喷料制作方法：所述煤矿井下薄喷料由无机填料、高标白水泥、聚合物粉体、石英粉、钛白粉、可再分散乳胶粉、硫铝酸钙和其它助剂按一定比例配制而成；所述无机填料、高标白水泥、聚合物粉体、石英粉、钛白粉、可再分散乳胶粉、硫铝酸钙和其它助剂的重量百分比为：36:22:13:12：4:6：2:3；制作时，将上述原料混合均匀，包装保存，形成薄喷料。[0028]实施例4：一种煤矿井下薄喷料制作方法：所述煤矿井下薄喷料由无机填料、高标

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白水泥、聚合物粉体、石英粉、钛白粉、可再分散乳胶粉、硫铝酸钙和其它助剂按一定比例配制而成；所述无机填料、高标白水泥、聚合物粉体、石英粉、钛白粉、可再分散乳胶粉、硫铝酸钙和其它助剂的重量百分比为：44:18:17:8：6: 4：3:2；制作时，将上述原料混合均匀，包装保存，形成薄喷料。[0029]实施例5：一种煤矿井下薄喷料制作方法：所述煤矿井下薄喷料由无机填料、高标白水泥、聚合物粉体、石英粉、钛白粉、可再分散乳胶粉、硫铝酸钙和其它助剂按一定比例配制而成；所述无机填料、高标白水泥、聚合物粉体、石英粉、钛白粉、可再分散乳胶粉、硫铝酸钙和其它助剂的重量百分比为：38:21:14:11：4.5: 5.5：2.3:2.7；制作时，将上述原料混合均匀，包装保存，形成薄喷料。[0030]实施例6：一种煤矿井下薄喷料制作方法：所述煤矿井下薄喷料由无机填料、高标白水泥、聚合物粉体、石英粉、钛白粉、可再分散乳胶粉、硫铝酸钙和其它助剂按一定比例配制而成；所述无机填料、高标白水泥、聚合物粉体、石英粉、钛白粉、可再分散乳胶粉、硫铝酸钙和其它助剂的重量百分比为：42:19:16:9：5.5: 4.5：2.7:2.3；制作时，将上述原料混合均匀，包装保存，形成薄喷料。[0031]实施例7：一种煤矿井下薄喷料制作方法：所述煤矿井下薄喷料由无机填料、高标白水泥、聚合物粉体、石英粉、钛白粉、可再分散乳胶粉、硫铝酸钙和其它助剂按一定比例配制而成；所述无机填料、高标白水泥、聚合物粉体、石英粉、钛白粉、可再分散乳胶粉、硫铝酸钙和其它助剂的重量百分比为：40:20:15:10：5:5：2.5:2.5；制作时，将上述原料混合均匀，包装保存，形成薄喷料。[0032]实施例1－7中：

惰性粉体材料起到防爆的作用，高标白水泥起到快速凝固的作用，聚合物粉体（主要指丙烯酸单体聚合物）用于粘合牢固，石英粉抗腐蚀耐高温，钛白粉高稳定性用于表面覆盖剂，可再分散乳胶粉起到粘结作用，硫铝酸钙起到膨胀作用，消泡剂用于消除泡沫，憎水剂抗酸碱、耐老化，纤维素醚起到保水的作用。所述颜料主要为铁红或铁绿，当加入颜料后可改变薄喷料的颜色，用于巷道美化。

[0033]所述无机填料如果选择钙粉和石粉，则两者的重量比为钙粉：石粉=1.8－2.2：1，优选比例为钙粉：石粉=2：1。

[0034]所述其它助剂为消泡剂、憎水剂、纤维素醚；所述其它助剂为消泡剂、憎水剂、纤维素醚和/或颜料，其重量比为：42－46：20－24：31－35，优选重量比为：44：22：33。进一步：所述其它助剂中还包括颜料，所述颜料主要为铁红或铁绿，当加入颜料后可改变薄喷料的颜色，用于巷道美化。所述其它助剂如果包括颜料，则消泡剂、憎水剂、纤维素醚和颜料，其重量比为：38－42：18－22：28－32：8－12，优选重量比为：40：20：30：10。[0035]实施例8：为一种煤矿井下薄喷料施工方法，将实施例1－7所述的任一一种薄喷料与水按质量比2：1的比例混合均匀后，通过气动喷浆机喷出，喷厚4mm-5mm，喷速5m/min -20m/min。

[0036]实施例9：为一种煤矿井下薄喷料气动喷浆装置，如图1所示，一种井下薄喷料气动喷浆装置，底座13上设置气动喷浆机3、搅拌桶、气动搅拌器，所述搅拌桶分为左搅拌桶4与右搅拌桶5，搅拌桶内分别装有气动搅拌器，即左气动搅拌器6、右气动搅拌器7，左、右搅拌桶交替工作；气动喷浆机3入口与左、右搅拌桶的底部通过三通10相连，左搅拌桶4底部设置

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有左阀门11，搅拌桶5底部设置有右阀门12，气动喷浆机3出口连接高压管8，高压管8的末端设置有喷9，如需要远距离喷射，可使用加长杆；底座13左右两端设置左扶手1、右扶手2。[0037]气动喷浆机3、左气动搅拌器6和右气动搅拌器7分别连接气源。[0038]所述左、右搅拌桶交替工作，指当左搅拌桶搅拌均匀，正常喷涂时，右搅拌桶内开始按比例加入水和薄喷料进行搅拌；当左搅拌桶内的薄喷料喷完时，关闭左阀门打开右阀门，开始喷涂右搅拌桶内刚搅拌均匀的薄喷料，同时左搅拌桶内按比例加入水和薄喷料进行搅拌；当右搅拌桶内的薄喷料喷完时，关闭右阀门打开左阀门，开始喷涂左搅拌桶内刚搅拌均匀的薄喷料。[0039]如果需要，可在底座13下设置滑轨或轮。[0040]所述左阀门、右阀门的打开与关闭，可手工操作，也可由气动实现。[0041]所述气动喷浆机和气动搅拌器均以气源为动力，无需用电，安全可靠，所述气动喷浆装置，结构紧凑轻便，且压力大、体积小、重量轻（总重量为35Kg），方便移动（两人可轻松抬起移动），便于施工。同时减少了大型设备投资，节省费用，施工安全可靠。[0042]使用时，将气源与气动喷浆机3、左气动搅拌器6和右气动搅拌器7连接，将本发明所述的井下巷道薄喷料与水以2:1的重量比加入左搅拌桶4，打开左气动搅拌器6的气源开关，左气动搅拌器6开始工作，开始时转速控制在500rpm左右搅拌5分钟，再用转速1500-2000rpm搅拌10分钟，保证薄喷料与水彻底混合均匀；左搅拌桶4搅拌结束后打开左阀门11及气动喷浆机3的气源开关，气压控制在0.2-0.7MPa,薄喷料即通过高压管8输送到喷9，打开喷9的开关即可喷涂。然后再将本发明所述的井下巷道薄喷料与水以2:1的重量比加入右搅拌桶5，打开右气动搅拌器7的气源开关，右气动搅拌器7开始工作，开始时转速控制在500rpm左右搅拌5分钟，再用转速1500-2000rpm搅拌10分钟，保证薄喷料与水彻底混合均匀等待喷涂；当左搅拌桶4内的薄喷料喷完后关闭左阀门11，打开右阀门12开始喷涂右搅拌桶内的薄喷料；同时再将本发明所述的井下巷道薄喷料与水以2:1的重量比加入左搅拌桶4……，按上述工艺流程依次进行；如此周而复始，节省了大量工作时间，提高了喷涂效率，节约成本。

[0043]所述气动喷浆机、气动搅拌器和搅拌桶安装在底座13上，使其成为一个整体，装置左右两边设有左扶手1和右扶手2，两个工人可通过左扶手1和右扶手2抬着喷涂装置移动，方便施工。左右搅拌桶的底部设有排污口，喷涂结束后先用清水清洗搅拌桶，污水通过排污口排出，将搅拌桶清洗干净后再加入清水清洗气动喷浆机3、高压管8和喷9，待喷6喷出清水后所有设备即清洗完毕，喷涂工作结束。每次喷涂施工结束后必须清洗施工设备，特别是喷及气动喷浆机必须反复冲洗，直至管内和内、喷浆机内无喷料残留为止，确保下次施工顺利。

[0044]本发明所述的煤矿井下薄喷料由多种化工材料按一定比例配制而成。具有瓦斯矿井密闭、深井隔热、防风化、防锈蚀、阻燃、抗静电等特点。薄喷料抗压强度高、粘结力强，能够快速牢固粘结岩石、金属材料、塑料等，密闭性好，能有效隔水，防止瓦斯溢出；喷层有较好的柔性，抗弯折、抗剪切强度高；配合本发明所述的施工工艺及设备，喷涂速度快，对掘进影响小，减少巷道施工中喷浆作业所用工时；喷涂施工时无粉尘、回弹率低；气动喷浆机体积小、重量轻，减少了运输费用，地面及井下占地面积小，节省了环境治理费用，成本低。气动喷浆机以气源为动力，无需电源，减少了大型设备投资，节省费用，施工安全可靠。是井下

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巷道密闭、加固、防突、金属网防风化、防锈蚀等的理想材料和先进工艺。[0045]以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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