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提高煤層注水效果的研究與應(yīng)用

2014-10-09 13:29張培軍

摘要:在煤礦綜合防塵措施中,采煤工作面主要通過煤層深孔注水來降低回采過程中的產(chǎn)塵量,由于煤體不能與凈水很好地濕潤,為了提高煤層注水的效果,可在水中加入濕潤劑,以提高濕潤速度、加大濕潤范圍。本文對(duì)其實(shí)驗(yàn)機(jī)理進(jìn)行了一定程度的探討,并在回采過程中,配合其它各種綜合防塵、降塵方法,使產(chǎn)塵量降低到7mg/m3以下,降塵效果顯著。

關(guān)鍵詞:綜合防塵 深孔注水 煤體濕潤劑

0 引言

煤的潤濕性是煤一項(xiàng)很重要的物理化學(xué)性質(zhì)參數(shù), 除在煤化工中應(yīng)用外,在煤礦開采及安全中亦有重要作用, 特別是煤層預(yù)注水防塵中。本文對(duì)其實(shí)驗(yàn)機(jī)理進(jìn)行了一定程度的探討和煤塵濕潤性能的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),并進(jìn)行了實(shí)際運(yùn)用。

1 礦井概況及綜合防塵工作存在問題

平煤十二礦位于平頂山市東部, 為煤與瓦斯突出礦井。目前核定生產(chǎn)能力130萬噸/年。礦井主要開采己組煤層,均具有煤塵爆炸危險(xiǎn)性,煤塵爆炸指數(shù)22.93-31.11%;自燃發(fā)火期3-6個(gè)月。目前有三個(gè)綜采工作面、7個(gè)掘進(jìn)工作面。己15-17200采面位于十二礦己七采區(qū)下部,走向長920m,可采走向長762.5m,切眼斜長225.3m,煤厚3-3.5m,平均3.15m,煤層容重1.31t/m3,煤層傾角10-40°,平均19°。而如何從根本上治理和消滅粉塵,就成為提高煤礦安全等級(jí)和保護(hù)職工自身安全的具有重要意義的一項(xiàng)舉措。

2 濕潤劑增強(qiáng)注水效果的機(jī)理

從滲流理論和表面物理化學(xué)理論可知,液體要真正的潤濕煤體主要取決于液體和煤體本身的性質(zhì)。在液體性能上,體現(xiàn)表面活性劑潤濕能力的主要參數(shù)是表面張力和接觸角,水進(jìn)入煤體后的運(yùn)移過程首先是水在壓力作用下,沿著裂縫、節(jié)理、大孔隙以相當(dāng)大的速度運(yùn)動(dòng),水迅速包圍被裂隙切割的煤體,同時(shí),通過微小孔隙緩慢的向煤體內(nèi)部滲透。在毛細(xì)管力作用下的毛細(xì)滲透是實(shí)現(xiàn)煤體均勻濕潤的主要途徑。注水加濕潤劑后的助滲透作用。

3 表面活性劑的潤濕性及試驗(yàn)情況

3.1 表面活性劑的潤濕性

將液體滴在固體表面上,由于液體和固體表面性質(zhì)的不同,有時(shí)液滴會(huì)在固體表面鋪展開來,有時(shí)則粘附在表面上成為平凸透鏡狀,這種現(xiàn)象稱為潤濕,其實(shí)質(zhì)是界面性質(zhì)及界面能量的變化。固體表面的潤濕性是由固體和液體表面的特性決定的。液體在固體表面的潤濕能力用潤濕的接觸角衡量。根據(jù)固體表面潤濕理論,液體在固體表面形成液滴,達(dá)到平衡時(shí),液體滴呈現(xiàn)一定的形狀,如下圖所示。

3.2 煤樣吸濕速度試驗(yàn)

在煤層注水工藝中,煤體是不可改變的。為此在研究我礦己15-17200采面煤樣吸濕速度與表面活性劑溶液的關(guān)系時(shí),必須考察表面活性劑溶液在這方面的變化情況。因此,我們選出了3 種有代表性并且廉價(jià)易得的表面活性劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn),見下表1,試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2、表3。

表1 表面活性劑及其類型

表2 不同濃度下粉碎煤樣融入溶液時(shí)間(單位:秒)

表3 塊煤吸附不同濃度溶液時(shí)間(單位:秒)

三種表面活性劑價(jià)格基本相同,通過以上表格的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,十二烷基苯磺酸鈉在濃度達(dá)到1%時(shí),粉碎煤樣融入時(shí)間、塊煤吸附溶液時(shí)間基本能滿足注水需要。

4 采面煤層注水添加侵潤劑的方案

方案一:在地面中央水池中添加

①優(yōu)點(diǎn):a活性劑添加方便,根據(jù)要求的配比,只用在地面中央水池添加一定量的活性劑,經(jīng)攪拌后直接進(jìn)入井下主供水管路。b井下的所有噴霧用水都可以使用,有效降低風(fēng)流中的粉塵含量。c由于采面埋深,在注水地點(diǎn)管路壓力達(dá)到5Mpa,不需要加壓設(shè)備。

②缺點(diǎn):a與礦井供水施救方案相抵觸,添加后人員不能飲用。b添加后對(duì)井下如綜采面液壓油有分解作用。c由于是直接加入主供水管路,活性劑的使用量增多。

方案二:在井下采面添加

①優(yōu)點(diǎn):a不與其它用水地點(diǎn)抵觸。b減少活性劑的投入。

②缺點(diǎn):a在采掘頭面需增加水箱、加壓水泵、部分管路和施工人員的成本投入,資金量大。b增加運(yùn)輸量。

方案三:在地面中央注漿站中添加

由于添加侵潤劑注水處于試驗(yàn)階段,可借用礦注漿系統(tǒng)短期進(jìn)行注水工作。

①優(yōu)點(diǎn):a活性劑添加方便,根據(jù)要求的配比,只用在地面中央注漿水池中添加一定量的活性劑,經(jīng)攪拌后直接進(jìn)入井下注漿管路。b不與其它用水地點(diǎn)抵觸。c減少活性劑的投入。d由于采面埋深,在注水地點(diǎn)管路壓力達(dá)到5Mpa,不需要加壓設(shè)備。

②缺點(diǎn):a地面混合需要專人進(jìn)行操作。b由于采面埋深,在注水地點(diǎn)管路壓力達(dá)到5MPa,需人員巡視管路。

5 添加侵潤劑后注水使用效果

經(jīng)論證分析,選取第三種方案,使用十二烷基苯磺酸鈉的1%溶液,采面每天檢修班利用回風(fēng)巷原抽采孔連續(xù)注水一個(gè)月,由煤質(zhì)管理部門在采面40、90、130架采煤樣分別進(jìn)行化驗(yàn)水份含量(與煤體原始水份對(duì)比)。見表4:

表4結(jié)果是與未注水前對(duì)比結(jié)果。在采用添加了侵潤劑的水源注水后,采面回采過程中,采用綜合防塵、降塵措施后,煤機(jī)司機(jī)下風(fēng)側(cè)5m平均揚(yáng)塵濃度為5.65mg/m3,降低了73%;切眼向外20m回風(fēng)巷處平均揚(yáng)塵濃度為3.32mg/m3,降低了82%。

6 結(jié)論

①煤層注水中,添加一定比例的侵潤劑,能夠降低水的表面張力和水與煤的接觸角,提高煤層注水的效果,明顯改善注水防塵效果。

②十二礦的煤質(zhì),適合采用十二烷基苯磺酸鈉溶液進(jìn)行注水。

③當(dāng)十二烷基苯磺酸鈉溶液最優(yōu)濃度為1%,效果最佳。短期內(nèi)注水,煤體內(nèi)水份含量達(dá)到平均的4%以上。

參考文獻(xiàn):

[1]孫文標(biāo),劉輝,趙宏偉.煤層注水在煤礦安全中的應(yīng)用及效果淺析[J].煤礦安全,2004(12).

[2]胡起晨.煤層注水效果的有效影響因素[J].煤炭與化工,2013(05).

[3]王森全,張磊.煤層注水技術(shù)的研究與實(shí)踐[J].露天采礦技術(shù),2010(05).

作者簡介:

張培軍,河南平頂山人,大學(xué)本科,現(xiàn)從事煤礦“一通三防”管理工作。endprint

摘要:在煤礦綜合防塵措施中,采煤工作面主要通過煤層深孔注水來降低回采過程中的產(chǎn)塵量,由于煤體不能與凈水很好地濕潤,為了提高煤層注水的效果,可在水中加入濕潤劑,以提高濕潤速度、加大濕潤范圍。本文對(duì)其實(shí)驗(yàn)機(jī)理進(jìn)行了一定程度的探討,并在回采過程中,配合其它各種綜合防塵、降塵方法,使產(chǎn)塵量降低到7mg/m3以下,降塵效果顯著。

關(guān)鍵詞:綜合防塵 深孔注水 煤體濕潤劑

0 引言

煤的潤濕性是煤一項(xiàng)很重要的物理化學(xué)性質(zhì)參數(shù), 除在煤化工中應(yīng)用外,在煤礦開采及安全中亦有重要作用, 特別是煤層預(yù)注水防塵中。本文對(duì)其實(shí)驗(yàn)機(jī)理進(jìn)行了一定程度的探討和煤塵濕潤性能的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),并進(jìn)行了實(shí)際運(yùn)用。

1 礦井概況及綜合防塵工作存在問題

平煤十二礦位于平頂山市東部, 為煤與瓦斯突出礦井。目前核定生產(chǎn)能力130萬噸/年。礦井主要開采己組煤層,均具有煤塵爆炸危險(xiǎn)性,煤塵爆炸指數(shù)22.93-31.11%;自燃發(fā)火期3-6個(gè)月。目前有三個(gè)綜采工作面、7個(gè)掘進(jìn)工作面。己15-17200采面位于十二礦己七采區(qū)下部,走向長920m,可采走向長762.5m,切眼斜長225.3m,煤厚3-3.5m,平均3.15m,煤層容重1.31t/m3,煤層傾角10-40°,平均19°。而如何從根本上治理和消滅粉塵,就成為提高煤礦安全等級(jí)和保護(hù)職工自身安全的具有重要意義的一項(xiàng)舉措。

2 濕潤劑增強(qiáng)注水效果的機(jī)理

從滲流理論和表面物理化學(xué)理論可知,液體要真正的潤濕煤體主要取決于液體和煤體本身的性質(zhì)。在液體性能上,體現(xiàn)表面活性劑潤濕能力的主要參數(shù)是表面張力和接觸角,水進(jìn)入煤體后的運(yùn)移過程首先是水在壓力作用下,沿著裂縫、節(jié)理、大孔隙以相當(dāng)大的速度運(yùn)動(dòng),水迅速包圍被裂隙切割的煤體,同時(shí),通過微小孔隙緩慢的向煤體內(nèi)部滲透。在毛細(xì)管力作用下的毛細(xì)滲透是實(shí)現(xiàn)煤體均勻濕潤的主要途徑。注水加濕潤劑后的助滲透作用。

3 表面活性劑的潤濕性及試驗(yàn)情況

3.1 表面活性劑的潤濕性

將液體滴在固體表面上,由于液體和固體表面性質(zhì)的不同,有時(shí)液滴會(huì)在固體表面鋪展開來,有時(shí)則粘附在表面上成為平凸透鏡狀,這種現(xiàn)象稱為潤濕,其實(shí)質(zhì)是界面性質(zhì)及界面能量的變化。固體表面的潤濕性是由固體和液體表面的特性決定的。液體在固體表面的潤濕能力用潤濕的接觸角衡量。根據(jù)固體表面潤濕理論,液體在固體表面形成液滴,達(dá)到平衡時(shí),液體滴呈現(xiàn)一定的形狀,如下圖所示。

3.2 煤樣吸濕速度試驗(yàn)

在煤層注水工藝中,煤體是不可改變的。為此在研究我礦己15-17200采面煤樣吸濕速度與表面活性劑溶液的關(guān)系時(shí),必須考察表面活性劑溶液在這方面的變化情況。因此,我們選出了3 種有代表性并且廉價(jià)易得的表面活性劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn),見下表1,試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2、表3。

表1 表面活性劑及其類型

表2 不同濃度下粉碎煤樣融入溶液時(shí)間(單位:秒)

表3 塊煤吸附不同濃度溶液時(shí)間(單位:秒)

三種表面活性劑價(jià)格基本相同,通過以上表格的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,十二烷基苯磺酸鈉在濃度達(dá)到1%時(shí),粉碎煤樣融入時(shí)間、塊煤吸附溶液時(shí)間基本能滿足注水需要。

4 采面煤層注水添加侵潤劑的方案

方案一:在地面中央水池中添加

①優(yōu)點(diǎn):a活性劑添加方便,根據(jù)要求的配比,只用在地面中央水池添加一定量的活性劑,經(jīng)攪拌后直接進(jìn)入井下主供水管路。b井下的所有噴霧用水都可以使用,有效降低風(fēng)流中的粉塵含量。c由于采面埋深,在注水地點(diǎn)管路壓力達(dá)到5Mpa,不需要加壓設(shè)備。

②缺點(diǎn):a與礦井供水施救方案相抵觸,添加后人員不能飲用。b添加后對(duì)井下如綜采面液壓油有分解作用。c由于是直接加入主供水管路,活性劑的使用量增多。

方案二:在井下采面添加

①優(yōu)點(diǎn):a不與其它用水地點(diǎn)抵觸。b減少活性劑的投入。

②缺點(diǎn):a在采掘頭面需增加水箱、加壓水泵、部分管路和施工人員的成本投入,資金量大。b增加運(yùn)輸量。

方案三:在地面中央注漿站中添加

由于添加侵潤劑注水處于試驗(yàn)階段,可借用礦注漿系統(tǒng)短期進(jìn)行注水工作。

①優(yōu)點(diǎn):a活性劑添加方便,根據(jù)要求的配比,只用在地面中央注漿水池中添加一定量的活性劑,經(jīng)攪拌后直接進(jìn)入井下注漿管路。b不與其它用水地點(diǎn)抵觸。c減少活性劑的投入。d由于采面埋深,在注水地點(diǎn)管路壓力達(dá)到5Mpa,不需要加壓設(shè)備。

②缺點(diǎn):a地面混合需要專人進(jìn)行操作。b由于采面埋深,在注水地點(diǎn)管路壓力達(dá)到5MPa,需人員巡視管路。

5 添加侵潤劑后注水使用效果

經(jīng)論證分析,選取第三種方案,使用十二烷基苯磺酸鈉的1%溶液,采面每天檢修班利用回風(fēng)巷原抽采孔連續(xù)注水一個(gè)月,由煤質(zhì)管理部門在采面40、90、130架采煤樣分別進(jìn)行化驗(yàn)水份含量(與煤體原始水份對(duì)比)。見表4:

表4結(jié)果是與未注水前對(duì)比結(jié)果。在采用添加了侵潤劑的水源注水后,采面回采過程中,采用綜合防塵、降塵措施后,煤機(jī)司機(jī)下風(fēng)側(cè)5m平均揚(yáng)塵濃度為5.65mg/m3,降低了73%;切眼向外20m回風(fēng)巷處平均揚(yáng)塵濃度為3.32mg/m3,降低了82%。

6 結(jié)論

①煤層注水中,添加一定比例的侵潤劑,能夠降低水的表面張力和水與煤的接觸角,提高煤層注水的效果,明顯改善注水防塵效果。

②十二礦的煤質(zhì),適合采用十二烷基苯磺酸鈉溶液進(jìn)行注水。

③當(dāng)十二烷基苯磺酸鈉溶液最優(yōu)濃度為1%,效果最佳。短期內(nèi)注水,煤體內(nèi)水份含量達(dá)到平均的4%以上。

參考文獻(xiàn):

[1]孫文標(biāo),劉輝,趙宏偉.煤層注水在煤礦安全中的應(yīng)用及效果淺析[J].煤礦安全,2004(12).

[2]胡起晨.煤層注水效果的有效影響因素[J].煤炭與化工,2013(05).

[3]王森全,張磊.煤層注水技術(shù)的研究與實(shí)踐[J].露天采礦技術(shù),2010(05).

作者簡介:

張培軍,河南平頂山人,大學(xué)本科,現(xiàn)從事煤礦“一通三防”管理工作。endprint

摘要:在煤礦綜合防塵措施中,采煤工作面主要通過煤層深孔注水來降低回采過程中的產(chǎn)塵量,由于煤體不能與凈水很好地濕潤,為了提高煤層注水的效果,可在水中加入濕潤劑,以提高濕潤速度、加大濕潤范圍。本文對(duì)其實(shí)驗(yàn)機(jī)理進(jìn)行了一定程度的探討,并在回采過程中,配合其它各種綜合防塵、降塵方法,使產(chǎn)塵量降低到7mg/m3以下,降塵效果顯著。

關(guān)鍵詞:綜合防塵 深孔注水 煤體濕潤劑

0 引言

煤的潤濕性是煤一項(xiàng)很重要的物理化學(xué)性質(zhì)參數(shù), 除在煤化工中應(yīng)用外,在煤礦開采及安全中亦有重要作用, 特別是煤層預(yù)注水防塵中。本文對(duì)其實(shí)驗(yàn)機(jī)理進(jìn)行了一定程度的探討和煤塵濕潤性能的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),并進(jìn)行了實(shí)際運(yùn)用。

1 礦井概況及綜合防塵工作存在問題

平煤十二礦位于平頂山市東部, 為煤與瓦斯突出礦井。目前核定生產(chǎn)能力130萬噸/年。礦井主要開采己組煤層,均具有煤塵爆炸危險(xiǎn)性,煤塵爆炸指數(shù)22.93-31.11%;自燃發(fā)火期3-6個(gè)月。目前有三個(gè)綜采工作面、7個(gè)掘進(jìn)工作面。己15-17200采面位于十二礦己七采區(qū)下部,走向長920m,可采走向長762.5m,切眼斜長225.3m,煤厚3-3.5m,平均3.15m,煤層容重1.31t/m3,煤層傾角10-40°,平均19°。而如何從根本上治理和消滅粉塵,就成為提高煤礦安全等級(jí)和保護(hù)職工自身安全的具有重要意義的一項(xiàng)舉措。

2 濕潤劑增強(qiáng)注水效果的機(jī)理

從滲流理論和表面物理化學(xué)理論可知,液體要真正的潤濕煤體主要取決于液體和煤體本身的性質(zhì)。在液體性能上,體現(xiàn)表面活性劑潤濕能力的主要參數(shù)是表面張力和接觸角,水進(jìn)入煤體后的運(yùn)移過程首先是水在壓力作用下,沿著裂縫、節(jié)理、大孔隙以相當(dāng)大的速度運(yùn)動(dòng),水迅速包圍被裂隙切割的煤體,同時(shí),通過微小孔隙緩慢的向煤體內(nèi)部滲透。在毛細(xì)管力作用下的毛細(xì)滲透是實(shí)現(xiàn)煤體均勻濕潤的主要途徑。注水加濕潤劑后的助滲透作用。

3 表面活性劑的潤濕性及試驗(yàn)情況

3.1 表面活性劑的潤濕性

將液體滴在固體表面上,由于液體和固體表面性質(zhì)的不同,有時(shí)液滴會(huì)在固體表面鋪展開來,有時(shí)則粘附在表面上成為平凸透鏡狀,這種現(xiàn)象稱為潤濕,其實(shí)質(zhì)是界面性質(zhì)及界面能量的變化。固體表面的潤濕性是由固體和液體表面的特性決定的。液體在固體表面的潤濕能力用潤濕的接觸角衡量。根據(jù)固體表面潤濕理論,液體在固體表面形成液滴,達(dá)到平衡時(shí),液體滴呈現(xiàn)一定的形狀,如下圖所示。

3.2 煤樣吸濕速度試驗(yàn)

在煤層注水工藝中,煤體是不可改變的。為此在研究我礦己15-17200采面煤樣吸濕速度與表面活性劑溶液的關(guān)系時(shí),必須考察表面活性劑溶液在這方面的變化情況。因此,我們選出了3 種有代表性并且廉價(jià)易得的表面活性劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn),見下表1,試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2、表3。

表1 表面活性劑及其類型

表2 不同濃度下粉碎煤樣融入溶液時(shí)間(單位:秒)

表3 塊煤吸附不同濃度溶液時(shí)間(單位:秒)

三種表面活性劑價(jià)格基本相同,通過以上表格的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,十二烷基苯磺酸鈉在濃度達(dá)到1%時(shí),粉碎煤樣融入時(shí)間、塊煤吸附溶液時(shí)間基本能滿足注水需要。

4 采面煤層注水添加侵潤劑的方案

方案一:在地面中央水池中添加

①優(yōu)點(diǎn):a活性劑添加方便,根據(jù)要求的配比,只用在地面中央水池添加一定量的活性劑,經(jīng)攪拌后直接進(jìn)入井下主供水管路。b井下的所有噴霧用水都可以使用,有效降低風(fēng)流中的粉塵含量。c由于采面埋深,在注水地點(diǎn)管路壓力達(dá)到5Mpa,不需要加壓設(shè)備。

②缺點(diǎn):a與礦井供水施救方案相抵觸,添加后人員不能飲用。b添加后對(duì)井下如綜采面液壓油有分解作用。c由于是直接加入主供水管路,活性劑的使用量增多。

方案二:在井下采面添加

①優(yōu)點(diǎn):a不與其它用水地點(diǎn)抵觸。b減少活性劑的投入。

②缺點(diǎn):a在采掘頭面需增加水箱、加壓水泵、部分管路和施工人員的成本投入,資金量大。b增加運(yùn)輸量。

方案三:在地面中央注漿站中添加

由于添加侵潤劑注水處于試驗(yàn)階段,可借用礦注漿系統(tǒng)短期進(jìn)行注水工作。

①優(yōu)點(diǎn):a活性劑添加方便,根據(jù)要求的配比,只用在地面中央注漿水池中添加一定量的活性劑,經(jīng)攪拌后直接進(jìn)入井下注漿管路。b不與其它用水地點(diǎn)抵觸。c減少活性劑的投入。d由于采面埋深,在注水地點(diǎn)管路壓力達(dá)到5Mpa,不需要加壓設(shè)備。

②缺點(diǎn):a地面混合需要專人進(jìn)行操作。b由于采面埋深,在注水地點(diǎn)管路壓力達(dá)到5MPa,需人員巡視管路。

5 添加侵潤劑后注水使用效果

經(jīng)論證分析,選取第三種方案,使用十二烷基苯磺酸鈉的1%溶液,采面每天檢修班利用回風(fēng)巷原抽采孔連續(xù)注水一個(gè)月,由煤質(zhì)管理部門在采面40、90、130架采煤樣分別進(jìn)行化驗(yàn)水份含量(與煤體原始水份對(duì)比)。見表4:

表4結(jié)果是與未注水前對(duì)比結(jié)果。在采用添加了侵潤劑的水源注水后,采面回采過程中,采用綜合防塵、降塵措施后,煤機(jī)司機(jī)下風(fēng)側(cè)5m平均揚(yáng)塵濃度為5.65mg/m3,降低了73%;切眼向外20m回風(fēng)巷處平均揚(yáng)塵濃度為3.32mg/m3,降低了82%。

6 結(jié)論

①煤層注水中,添加一定比例的侵潤劑,能夠降低水的表面張力和水與煤的接觸角,提高煤層注水的效果,明顯改善注水防塵效果。

②十二礦的煤質(zhì),適合采用十二烷基苯磺酸鈉溶液進(jìn)行注水。

③當(dāng)十二烷基苯磺酸鈉溶液最優(yōu)濃度為1%,效果最佳。短期內(nèi)注水,煤體內(nèi)水份含量達(dá)到平均的4%以上。

參考文獻(xiàn):

[1]孫文標(biāo),劉輝,趙宏偉.煤層注水在煤礦安全中的應(yīng)用及效果淺析[J].煤礦安全,2004(12).

[2]胡起晨.煤層注水效果的有效影響因素[J].煤炭與化工,2013(05).

[3]王森全,張磊.煤層注水技術(shù)的研究與實(shí)踐[J].露天采礦技術(shù),2010(05).

作者簡介:

張培軍,河南平頂山人,大學(xué)本科,現(xiàn)從事煤礦“一通三防”管理工作。endprint

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