EP0524223A1 - Injektionsbohranker. - Google Patents

Injektionsbohranker.

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EP0524223A1
EP0524223A1 EP91907426A EP91907426A EP0524223A1 EP 0524223 A1 EP0524223 A1 EP 0524223A1 EP 91907426 A EP91907426 A EP 91907426A EP 91907426 A EP91907426 A EP 91907426A EP 0524223 A1 EP0524223 A1 EP 0524223A1
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EP
European Patent Office
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injection
borehole
section
anchor
drill
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EP91907426A
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Archibald Richter
Hans Mehesch
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Bergwerksverband GmbH
Original Assignee
Bergwerksverband GmbH
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Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/74—Means for anchoring structural elements or bulkheads
    • E02D5/76—Anchorings for bulkheads or sections thereof in as much as specially adapted therefor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
    • E21D21/0026—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts
    • E21D21/0046—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts formed by a plurality of elements arranged longitudinally
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
    • E21D21/0026—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts
    • E21D21/0053—Anchoring-bolts in the form of lost drilling rods
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
    • E21D21/0026—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts
    • E21D21/0073—Anchoring-bolts having an inflatable sleeve, e.g. hollow sleeve expanded by a fluid
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/001—Improving soil or rock, e.g. by freezing; Injections

Definitions

  • the invention relates to an injection drill anchor for securing lines and spaces by injection of, for example, synthetic resin, in particular in mining and tunnel construction, which consists of an anchor pipe which can be assembled from at least two sections which can be connected to one another via sleeves and which is connected to the anchor directed deepest to the borehole ⁇ tip has a drill bit, as well as flushing * and injection openings and which is provided with a borehole closure and at the end protruding from the borehole with a detachable connecting element.
  • Drill anchors consist of an anchor tube, at the tip of which a welded or attachable, so-called lost drill bit is attached.
  • the anchor pipe is initially used as a drill pipe and subsequently as an anchor, the anchor pipe being filled after drilling, for example with adhesive mortar, in order to fill the annular space and the upcoming gaps in the mountains.
  • a particular advantage of using drill anchors of this type is that the anchor tubes can be made from sections that can be assembled via sleeves and are thus suitable for being introduced from narrow distances.
  • the drill anchors are introduced using rotary or impact drills.
  • a particular disadvantage when using drill anchors with lost drill bits is the difficulty in adequately sealing the borehole, in particular when injecting a two-component synthetic resin, with correspondingly high pressures.
  • an injection tube is also known which is suitable for bonding loosened mountain areas by injections with strengthening agents, in particular in the face, at face edges and geological disturbances.
  • borehole closures in the form of so-called inflatable packers are applied to the injection pipe. Due to the arrangement of corresponding check valves, the inflation packer is inflated to such an extent by the injection pressure that there is a tight contact with the borehole wall so that the actual injection process can then be carried out.
  • the invention has for its object to provide an injection drill anchor, which is suitable to be used when equipped with a lost drill bit and extendable over corresponding sections both as a drill pipe and as an anchor tube, using rotation - and impact drills avoid the difficulties of inserting anchor rods, especially in common mountains, and which allows the use of synthetic resins that can be pressed in under high pressures, thereby making it possible to completely seal the borehole.
  • section designed as a drill with a connecting element designed as a drilling adapter is interchangeable with a section designed as an anchor tube, the section being provided with a borehole closure.
  • the injection drill anchor can be adjusted to any desired length via several sections and corresponding socket connections, a check valve in the form of a rupture disk being provided in the connection socket of the last section, which has a bochloch closure in the form of an inflatable packer.
  • stops are provided within the internally threaded sleeves, which are designed in connection with a screw-in end of a section for locking the rupture disk.
  • the interchangeable anchor tube section which receives the inflatable packer, can be replaced at the end with a thread for receiving an injection head or for receiving a dome nut for the dome plate.
  • the inflatable packer is known as an inflatable hose section surrounding the anchor tube section and held at the ends by bindings is formed, a non-return valve being integrated between the anchor rod and blowing space to prevent the return from the blowing space.
  • the advantage of the injection drill anchor according to the invention is to be seen in particular in the fact that, when the borehole is produced by the function of the anchor rod as a drill, the drilling cuttings are adequately transported by flushing with water or air, and that the subsequent drilling Function of the same rod as an anchor ensures that the destruction of the borehole produced by pulling out the entire rod or by broken mineral or rock is avoided.
  • the interchangeability of the last section of the whole is designed as a drill or as an anchor Rods also ensure that the borehole in question is completely and securely sealed while saving injection material.
  • FIG. 1 - a schematic representation of an exemplary embodiment of an injection drill anchor as it is designed according to the invention for drilling a borehole
  • FIG. 2 shows a likewise schematic and sectional representation of an exemplary embodiment of an injection drill anchor as it is designed for the subsequent injection and anchoring, including a borehole closure.
  • the injection drill anchor essentially consists of an anchor tube 1, which is composed of sections 2 and 3 via a sleeve 7.
  • section 2 is provided with a lost drill bit 4 * and also has flushing or injection openings 5 and 6.
  • Sections 2 can be smooth-walled or profiled for later better adhesion.
  • the sleeve 7 is provided with internal threads 8 and has stops 9 between the ends of the sections 2 and 3.
  • the section 3 is provided at the end protruding from the borehole mouth with a schematically illustrated drilling adapter 12 which can be screwed onto the thread 11. With this design or divided into further sections, the anchor tube 1 is initially used to create a borehole.
  • FIG. 2 shows an embodiment of an injection drill anchor in which section 3, which is initially required to produce a borehole, is replaced by a section 13.
  • the section 13 is threaded at the end protruding from the borehole provided for receiving an injection head and has a check valve 19.
  • Section 13 is also provided with a so-called inflatable packer 14 for sealing off the borehole.
  • the inflatable packer 14 essentially consists of a hose section 21 which is fixed immovably on the section 13 by means of covers 17, 18.
  • bores 15 are provided in the section 13, which are sealed by a sleeve 16 and are designed as a check valve.
  • a rupture disk 10 is inserted, which is locked in position between a stop 9 and the end of a section 2 or 13.
  • the openings provided as flushing openings 5, 6 in the production of the borehole now serve as injection openings.
  • the inner channel of the anchor tube 1 initially serves as a flushing channel when a drill hole is made in the rock, in order to use the flushing medium to remove the cuttings from the drill hole via the annular space.
  • the inflation space of the inflatable packer 14 is inflated in such a way that a tight, all-round contact with the borehole wall is achieved.
  • the further increasing pressure of the injection destroys the rupture disk 10 and the annular space or the fissures in the mountains are injected.
  • a spherical cap plate is screwed onto the end of the anchor tube protruding from the mouth of the borehole.

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Description

Injektionsbohranker
Die Erfindung betrifft einen Injektionsbohranker zur Sicherung von Strecken und Räumen durch Injek¬ tion von beispielsweise Kunstharz, insbesondere im Berg- und Tunnelbau, der aus einem aus mindestens zwei über Muffen miteinander verbindbaren Ab¬ schnitten zusammensetzbaren Ankerrohr besteht, das an der zum Bohrlochtiefsten gerichteten Anker¬ spitze eine Bohrkrone, sowie Spül* und Injektions¬ öffnungen aufweist und das mit einem Bohrloch¬ verschluß sowie an dem aus dem Bohrloch herausra¬ genden Ende mit einem lösbaren Anschlußelement versehen ist.
Es ist seit langem bekannt, insbesondere im Unter¬ tagebergbau, um das Gebirge zur Sicherung des Streckenhohlraumes in seinem Verband zu erhalten, die Strecken durch Ankerausbau zu unterstützen. Zu diesem Zweck werden üblicherweise in ein Bohrloch Klebepatronen eingeführt, die anschließend durch das Eindrehen der Ankerstange zerstört werden und durch Mischung zweier Komponenten die Ankerstange über die gesamte Länge im Bohrloch verkleben. Bei der Durchführung einer derartigen Ankerung treten dann Probleme auf, wenn das Gebirge bereits aufge¬ lockert ist, und das Herstellen von Bohrlöchern bzw. das nachfolgende Einbringen von Klebepatronen und Ankerstangen in das Bohrlochtiefste nicht mehr möglich ist.
Derartige Schwierigkeiten umgeht man durch die Verwendung von Bohrankern. Bohranker bestehen aus einem Ankerrohr, an dessen Spitze eine ange¬ schweißte oder aufsteckbare, sogenannte verlorene Bohrkrone angebracht ist. Das Ankerrohr wird zunächst als Bohrgestänge und im Nachhinein als Anker verwendet, wobei das Ankerrohr nach dem Ab- bohren, beispielsweise mit Klebemörtel beschickt wird, um den Ringraum und die anstehenden Klüfte im Gebirge zu verfüllen. Ein besonderer Vorteil der Verwendung derartiger Bohranker besteht darin, daß die Ankerrohre aus über Muffen zusammensetz¬ bare Abschnitte verlängerbar ausgebildet sind und auf diese Weise geeignet sind, aus beengten Strecken eingebracht zu werden. Die Bohranker wer¬ den über Dreh- oder Schlagbohrmaschinen einge¬ bracht. Ein besonderer Nachteil bei der Verwendung von Bohrankern mit verlorenen Bohrkronen besteht in der Schwierigkeit, das Bohrloch insbesondere bei Injizierung eines Zweikomponenten-Kunstharzes mit entsprechend hohen Drücken ausreichend abzu¬ dichten.
Für das Injizieren von Zementmörtel werden auf das Bohrgestänge aufschraubbare Bohrlochverschlüsse verwendet, die für die vorgesehenen Drücke beim Injizieren von aufschäumenden Kunstharzen völlig ungeeignet sind.
Nach dem DE-G 89 06 126 ist darüber hinaus ein In¬ jektionsrohr bekannt, das geeignet ist, aufge¬ lockerte Gebirgsbereiche durch Injektionen mit Verfestigungsmitteln, insbesondere im Streb, an Strebrändern und geologischen Störungen, zu ver¬ kleben. Zur Abdichtung des Bohrloches werden auf das Injektionsrohr Bohrlochverschlüsse in Form von sogenannten Blähpackern aufgebracht. Durch die An¬ ordnung entsprechender Rückschlagventile wird zu¬ nächst durch den Injektionsdruck der Blähpacker derartig aufgebläht, daß eine dichte Anlage an der Bohrlochwandung vorhanden ist, um anschließend den eigentlichen Injektionsvorgang durchführen zu kön¬ nen.
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Injektionsbohranker zu schaffen, der geeignet ist, bei Bestückung mit einer verlorenen Bohrkrone und über entsprechende Abschnitte verlängerbar sowohl als Bohrgestänge als auch als Ankerrohr verwendet zu werden, wobei unter Verwendung von Dreh- und Schlagbohrmaschinen die Schwierigkeiten des Ein¬ bringens von Ankerstangen, insbesondere in gebrä- ches Gebirge -umgangen werden, und der die Verwen¬ dung von unter hohen Drücken einpreßbaren Kunst¬ harzen erlaubt, wobei eine vollständige Abdichtung des Bohrlochs ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der als Bohrer ausgebildete Abschnitt, der mit einem als Bohradapter ausgebildeten Anschlußele¬ ment versehen ist, gegen einen als Ankerrohr ausgebildeten Abschnitt austauschbar ist, wobei der Abschnitt mit einem Bohrlochverschluß versehen ist.
Für den Einsatz der Injektionsbohranker ist es selbstverständlich, daß im Anschluß an die vor¬ genommene Injektion auf das Ankerende unter Ver¬ wendung einer ein entsprechendes Widerlager bil¬ denden Schraubenmutter eine Kalottenplatte aufge¬ schraubt wird.
Der Injektionsbohranker kann über mehrere Ab¬ schnitte und entsprechende Muffe:nverbindungen auf jede gewünschte Länge eingestellt werden, wobei in der Verbindungsmuffe des letzten, einen Bochloch- verSchluß in Form eines Blähpackers aufweisenden Abschnitts ein Rückschlagventil in Form einer Berstscheibe vorgesehen ist. Zu diesem Zweck sind innerhalb der mit Innengewinde versehenen Muffen Anschläge vorgesehen, die in Verbindung mit einem einschraubbaren Ende eines Abschnitts zur Arretie¬ rung der Berstscheibe ausgebildet sind. Der gegen¬ über dem letzten mit der Bohrfunktion beauf¬ schlagten Abschnitt austauschbare, den Blähpacker aufnehmende Ankerrohrabschnitt weist am Ende ein Gewinde zur Aufnahme eines Injektionskopfes bzw. zur Aufnahme einer Kalottenmutter für die Kalottenplatte auf.
Darüber hinaus ist in das mit einem Gewinde ver¬ sehene Ende ein weiteres Rückschlagventil eingear¬ beitet. Der Blähpacker ist in bekannter Weise als ein das Ankerrohrabschnitt umgebender und an den Enden durch Einbände gehaltener, aufblähbarer Schlauchabschnitt ausgebildet, wobei zwischen Ankerstange und Blähraum ein Rückschlagventil zur Vermeidung des Rücklaufs aus dem Blähraum inte¬ griert ist.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Injektionsbohr¬ ankers ist insbesondere darin zu sehen, daß zu¬ nächst beim Herstellen des Bohrlochs durch die Funktion der Ankerstange als Bohrer durch die Spü¬ lung mit Wasser oder Luft ein ausreichender Trans¬ port des Bohrkleins stattfindet und daß durch die anschließende Funktion des gleichen Gestänges als Anker die Gewährleistung eintritt, daß die durch Herausziehen des gesamten Gestänges oder durch ge- bräches Mineral bzw. Gebirge verursachte Zerstö¬ rung des hergestellten Bohrlochs vermieden wird, Die Austauschbarkeit des letzten Abschnitts des gesamten als Bohrer bzw. als Anker ausgebildeten Gestänges gewährleistet darüber hinaus unter Ein¬ sparung von Injektionsmaterial ein vollständiges und sicheres Abdichten des betreffenden Bohrlochs.
Ein Auführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden nä¬ her erläutert.
Es zeigen:
Figur. 1 - eine schematisierte Wiedergabe eines Ausführungsbeispieles eines Injektions¬ bohrankers, wie er erfindungsgemäß zum Abbohren eines Bohrlochs ausgebildet ist und Figur 2 - eine ebenfalls schematisierte und ge¬ schnittene Wiedergabe eines Ausfüh- rungsbeispieles eines Injektionsbohr¬ ankers, wie er zum anschließenden Inji¬ zieren und Ankern ausgebildet ist unter Einbeziehung eines Bohrlochverschlus¬ ses.
Der Injektionsbohranker nach dem Ausführungsbei- spiel, wie in Figur 1 beschrieben, besteht im we¬ sentlichen aus einem Ankerrohr 1, das aus den Ab¬ schnitten 2 und 3 über eine Muffe 7 zusammenge¬ setzt ist. An dem zum Bohrlochtiefsten gerichteten Ende ist der Abschnitt 2 mit einer verlorenen Bohrkrone 4 versehen *und weist darüber hinaus Spül- bzw. Injektionsδffnungen 5 und 6 auf. Die Abschnitte 2 können glattwandig oder zur späteren besseren Haftung auch profiliert ausgebildet sein. Die Muffe 7 ist jeweils mit Innengewinden 8 verse¬ hen und weist zwischen den Enden der Abschnitte 2 und 3 Anschläge 9 auf. Der Abschnitt 3 ist an dem aus dem Bohrlochmund herausragenden Ende mit einem auf das Gewinde 11 aufschraubbaren schematisiert dargestellten Bohradapter 12 versehen. Mit dieser Ausbildung oder unterteilt in weitere Abschnitte wird das Ankerrohr 1 zunächst zur Erstellung eines Bohrlochs verwende .
In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines In¬ jektionsbohrankers dargestellt, bei welchem der zunächst zur Erstellung eines Bohrlochs erforder¬ liche Abschnitt 3 gegen einen Abschnitt 13 aus¬ getauscht ist. Der Abschnitt 13 ist an dem aus dem Bohrloch herausragenden Ende mit einem Gewinde 20 zur Aufnahme eines I jektionskopfes versehen und weist ein Rückschlagventil 19 auf. Des weiteren ist der Abschnitt 13 mit einem sogenannten Bläh¬ packer 14 zur Bohrlochabdichtung versehen. Der Blähpacker 14 besteht im wesentlichen aus einem Schlauchabschnitt 21, der über Einbände 17, 18 auf dem Abschnitt 13 unverrückbar befestigt ist. Zur Verfüllung des Blähraums des Schlauchabschnitts 21 sind in dem Abschnitt 13 Bohrungen 15 vorgesehen, die über eine Manschette 16 abgedichtet und als Rückschlagventil ausgebildet sind. Am vorderen Ende des Abschnitts 13, und zwar innerhalb der Muffe 7 ist eine Berstscheibe 10 eingelegt, die zwischen einem Anschlag 9 und dem Ende eines Ab¬ schnitts 2 bzw. 13 in ihrer Position arretiert wird. Die bei der Herstellung des Bohrlochs als Spülöffnungen 5, 6 vorgesehenen Öffnungen dienen nunmehr als Injektionsöffnungen.
Beim Einbringen eines Injektionsbohrankers dient zunächst der Innenkanal des Ankerrohres 1 beim Er¬ stellen eines Bohrlochs im Gestein als Spülkanal, um mit Hilfe des Spülmediums das Bohrklein über den Ringraum aus dem Bohrloch abzutransportieren.
Nach dem Einbohren des aus mehreren Abschnitten 2 zusammensetzbaren Ankerrohres 1 wird dieses nur soweit aus dem Bohrloch herausgezogen, daß der letzte Abschnitt 3 aus der Muffenverbindung gelöst und gegen einen Abschnitt 13 ausgetauscht wird, der mit einem Blähpacker 14 und dem Anschluß für einen Injektionskopf ausgerüstet ist.
Bei der Durchführung der Injektion wird zunächst durch die als Ruckschlagventil dienende Berst¬ scheibe 10 der Blähraum des Blähpackers 14 derart aufgebläht, daß eine dichte, allseitige Anlage an der Bohrlochwandung erzielt wird. Der weiter an¬ steigende Druck der Injektion zerstört die Berst¬ scheibe 10 und es erfolgt die Injektion des Ring¬ raumes bzw. der Klüfte im Gebirge. Nach dem Ab¬ schluß der Injektion wird eine Kalottenplatte auf das aus dem Bohrlochmund herausragende Ende des Ankerrohres aufgeschraubt.
1 Ankerrohr
2 Abschnitt
3 Abschnitt
4 Bohrkrone
5, 6 Spül- bzw. Injektions¬ öffnungen
7 Muffe
8 Innengewinde
9 Anschlag
10 Berstscheibe
11 Gewinde
12 Bohradapter
13 Abschnitt
14 Blähpacker
15 Bohrungen
16 Manschette 17, 18 Einband
19 Rückschlagventil
20 Gewinde
21 Schlauchabschnitt

Claims

Schutzansprüche
1. Injektionsbohranker zur Sicherung von Strecken und Räumen durch Injektion von beispielsweise Kunst¬ harz, insbesondere im Berg- und Tunnelbau, der aus einem aus mindestens zwei über Muffen miteinander verbindbaren Abschnitten zusammensetzbaren Anker¬ rohr besteht, das an der zum Bohrlochtiefsten gerichteten Ankerspitze eine Bohrkrone, sowie Spül- und Injektionsöffnungen aufweist und das mit einem Bohrlochverschluß sowie an dem aus dem Bohr¬ loch herausragenden Ende mit einem lösbaren An¬ schlußelement versehen ist, dadurch gekennzeich¬ net, daß der als Bohrer ausgebildete Abschnitt (3), der mit einem als Bohradapter (12) ausge¬ bildeten Anschlußelement versehen ist, gegen einen als Ankerrohr (1) ausgebildeten Abschnitt (13) austauschbar ist, wobei der Abschnitt (13) mit einem Bochlochverschluß und einem Rückschlagventil versehen ist.
2. Injektionsbohranker nach Anspruch 1, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Rückschlagventil als Berst¬ scheibe (10) ausgebildet ist.
3. Injektionsbohranker nach Anspruch 1, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der BohrlochverSchluß als Bläh¬ packer (14) ausgebildet ist.
4. Injektionsbohranker nach Anspruch 1, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Abschnitt (13) an beiden En¬ den mit Rückschlagventilen (10, 18) versehen ist.
5. Injektionsbohranker nach Anspruch 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Rückschlagventil (10) als Berstscheibe ausgebildet ist.
6. Injektionsbohranker nach Anspruch 1 , dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die die Abschnitte (2, 3; 2, 13) miteinander verbindende Muffe (7) mit einem die Enden der Abschnitte (2, 3; 2, 13) aufnehmenden Anschlag (9) versehen ist und daß der Anschlag (9) zur Arretierung eines Rückschlagventiles (10) aus¬ gebildet ist.
EP91907426A 1990-04-11 1991-04-10 Injektionsbohranker Expired - Lifetime EP0524223B1 (de)

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PCT/EP1991/000692 WO1991015657A1 (de) 1990-04-11 1991-04-10 Injektionsbohranker

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