黄金矿山选矿生产信息管理系统设计与实现.pdf

2 0 1 5 年第4 期有色金震 选矿部分 7 5 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s m ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 5 ．帆0 1 9 黄金矿山选矿生产信息管理系统设计与实现 田庆梅1 ，李国清1 ，侯杰1 ，赵威2 1 ．北京科技大学，金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京1 0 0 0 8 3 ； 2 ．山东黄金集团有限公司，济南2 5 0 0 1 4 摘要针对黄金矿山选矿生产信息管理中多系列分布式采集、非同步的数据采集周期以及技术指标计算与汇总关系复 杂等一系列特征，基于J 2 E E 的多层分布式平台，研究与开发了B ／S 架构下的选矿生产信息管理系统，构建并实现了包括生产 数据填报、报表生成与查询、关键技术经济指标分析等在内的功能体系。系统在山东黄金三山岛金矿应用后，全面解决了选 矿生产信息的分布式采集、集中处理、报表自动生成、生产效果分析等同题，同时保障了选矿生产数据的安全性和一致性，在 全面实现生产管理精细化的同时。大幅提升了矿山生产的管理与决策效率。 关t 词黄金矿山；选矿生产指标；管理信息系统；J 2 E E 中圈分类号T D 6 7 2 T D 6 7 6 ；T D 9 5 3文献标志码文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 5 0 4 - 0 0 7 5 - 0 5 D e v e l o p m e n to fM i n e r a lP r o c e s s i n gP r o d u c t i o nM a n a g e m e n tS y s t e m f o rS a n s h a n d a oG o l dM i n e T I A NQ 咖i 。，1 2G 以o c n g 。，H O U 施。，Z l f A OW e i 2 J ．K e yL a b o r a t o r yo fH i g h E f f i c i e n tM i n i n ga n dS a f e t yo fM e t a lM i n e s ，M i n i s t r yo fE d u c a t i o n ， U n i v e r s 睁o fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yB e i j i n g ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ；2 ．S h a n d o n gG o l dG r o u p C o ．．L t d ．，五’ g a l t2 5 0 0 1 4 ，C h i n a A b s t e a c t T h e r ee x i s t sas e r i e so fp a r t i c u l a r i t i e sd u r i n gt h em a n a g e m e n to fm i n e r Mp r o c e s s i n gp r o d u c t i o n i n f o r m a t i o ns u c h 嬲d i s t r i b u t e dm u l t i ．s e r i e sc o l l e c t i o n ，a s y n c h r o n o u sd a t aa c q u i s i t i o n ，a n dc o m p l e xd a t ap r o c e s s i n g ． I nr e s p o n s e ，am i n e r a lm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mo nB ／Sm o d e lf o rg o l dm i n ep r o c e s s i n gp r o d u c t i o ni sd e s i g n e d a n dr e a l i z e db a s e do nt h em u l t i - t i e rd i s t r i b u t e dJ 2 E Ep l a t f o r m ．T h es o f t w a r e ，w i t ht h ef u n c t i o ns y s t e mo fp r o d u c t i o n d a t ai n p u t t i n g ．p r o d u c t i o nr e p o r t sg e n e r a t i n ga n dq u e r y i n g ，a 8w e l l 鹊k e yt e c h n i c a la n de c o n o m i ci n d i c t o r sa n a l y s i s ， h a sp u ti n t oa p p l i c a t i o ni nS a n s h a n d ∞G o l dM i n e ，S h a n d o n gG o l dM i n i n gC o ．，L t d ．．S u c hp r o b l e m sh a v eb e e n r e s o l v e dc o m p r e h e n s i v l yd u r i n gt h ea p p l i c a t i o n ，i n c l u d i n gd i s t r i b u t e dc o l l e c t i n ga n dc e n t r a l i z e dp r o c e s s i n go fm i n e r a l p r o c e s s i n gp r o d u c t i o ni n f o r m a t i o n ，a u t o m a t i c a l l yr e p o r t sg e n e r a t i n g ，p r o d u c t i o np e r f o r m a n c ea n a l y z i n g ，a n d 8 0o n F u r t h e rm o r e ，t h es e c u r i t ya n dc o n s i s t e n c eo fm i n e r a lp r o c e s s i n gp r o d u c t i o nd a t aC a nb eg u a r a n t e e d ．T h ep r a c t i c a l a p p l i c a t i o ns h o w st h a tt h es y s t e mp l a y sc e t t a i na c t i v er o l e si nn o to n l yt h er e a l i z a t i o no ff i n ep r o d u c t i o nm a n a g e m e n t ， b u ta l s ot h ei m p r o v e m e n to fm a n a g e m e n ta n dd e c i s i o n - m a k i n ge f f i c i e n c y ． K e yw o r d s g o l dm i n e ；p r o d u c t i o ni n d i c t o r so fm i n e r a lp r o c e s s i n g ；m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ；J 2 E E 选矿作为矿山企业生产流程中的一个重要环 节，其管理效率和效果直接影响着矿山企业的经济 效益和社会效益，因而及时准确地把握选矿生产数 据及相应的生产指标，是矿山企业生产管理工作的 重点⋯。但由于选矿生产指标信息的收集、传送、存 储和数据处理是一项比较繁琐的工作，同时各指标 之间的计算关系复杂，数据的分布性特征较强，信息 采集的时间、周期也不尽一致，传统的人工处理方式 已无法满足现代生产管理的要求。因此选矿生产信 息管理系统的研发与应用已成为矿山生产管理的必 然选择。 基金项目国家高技术研究发展计划项目 2 0 1 2 A A 0 6 2 2 0 1 ；国家自然科学基金资助项目 5 H 0 4 0 l o ；中央高校基本科研业务费专项资金资助 肿- S D ．1 2 - 0 0 1 A 收疆日期2 0 1 4 - 0 7 - 1 3 修回日期2 0 1 5 - 0 5 1 9 作者■介田庆梅 1 9 9 0 - ，女。河北涿州人。硕士研究生。 万方数据 7 6 有色含■ 霞矿部分2 0 1 5 年第4 期 1选矿技术经济指标及计算模型 选矿生产流程涉及环节众多，具有强非线性、参 数时变、工况变化频繁、关键指标不能在线实时检测 等综合复杂性旧J 。 选矿厂各生产环节每班产生的大量数据以及汇 总计算得出的各项技术经济指标，都需以报表的形 式逐级向上传送。这些数据包括品位指标、量值、率 值等，它们通过复杂的计算相互关联，任何一个值的 变动都会对生产流程中的其他指标带来变动，对产 品质量和生产效率产生影响。因此，需要对它们之 间的关系进行充分的研究，以保证对其协同控制，以 利于企业节能降耗、提升生产效率、提高产品质量， 取得更高的经济效益和社会效益。指标主要的计算 模型如下，据此设计出磨浮日报和月报的自动生成 逻辑。 矿山的日常生产是三班制，分别为0 点班、8 点 班和下午4 点班。下面以0 点班为例说明主要指标 的数学模型 l 处理矿量Q ，o ∑P 曲 1 i l 精矿量‰ Q , o } 老 2 5 m6 曲 尾矿量Q 砷 Q o Q 由 3 原矿含金膨丹 Q ，o g ，0 4 精矿含金咏 Q 芦印 5 尾矿含金‰ Q 砷g 曲 6 浮选回收率岛 甏x1 0 0 ％ 和g p g 踟2 0 一- g g 二．o - 1 0 0 ％ 7 D 磨机台效如 1 0 0 ％ 8 日合计指标 精矿产量日合计Q f ％ ％ 以 9 精矿含金日合计鸠 ％ ％ 心 1 0 M 精矿品位日合计毋 署 1 1 Y i 式中 Q 曲，z y , J ，埘一0 点班原矿／精矿／尾矿量； ‰，x y I ，，埘一0 点班原矿／t t l l i 。／尾矿含缱； 踟，量 ，，J ，埘一0 点班原矿／精矿／尾矿的品位； P 由一第i 台磨机0 点班的处理矿量； ％一第i 台磨机0 点班的工作时间； 如一第i 台磨机0 点班的磨机台效； Q ，，算 y , J ，埘一原矿／精矿／尾矿量日合计； 帆，茹 ，，J ，埘原矿／精矿／尾矿的日合计含 金量； g l ，菇 y , J ，埘一原矿／精矿／尾矿的日合计品位； 岛O 点班浮选回收率。 日报的生成即是以填报的原始数据和上述公式 为基础，月报即是日报数据的有序汇总，因此公式的 精准度和高效性是报表能够准确快速生成的最基础 的前提，从而保证提供及时有效的生产信息，指导生 产管理决策。 选矿厂生产管理的复杂性，很大程度上在于生 产数据存在于选矿厂的多个系列，而每个系列又有 多台球磨机。加之各选矿厂产品和选矿工艺的不 同，导致生产业务流程和管理机制千差万别。因此， 根据选矿厂的具体条件定制的系统才能适用矿山生 产管理的需要。本文以山东黄金三山岛金矿为实例 背景，开发了选矿生产信息管理系统。 2 系统分析与设计 2 ．1 三山岛金矿的选矿生产流程 山东黄金矿业 莱州 有限公司三山岛金矿是山 东黄金旗下的骨干矿山之一，自建矿以来，矿山规模 不断扩大，2 0 1 2 年矿山的日处理能力已过万吨“ J 。 由于选矿厂不断改扩建，选矿作业的数据来源更加 广泛，数据量更大，选矿各项生产指标的计算过程也 更加复杂H 】。同时，随着矿山管理水平的不断提升， 对于选矿指标的精细化管控需求也在增强，选矿生 产指标的分析工作也越来越重要。 三山岛金矿目前在用新立选矿厂和80 0 0t 选矿 厂。开采的矿石经过井下颚式破碎机粗碎之后，根 据各个选矿厂的处理能力，将矿石分配提升到地表 的选矿厂进行中细碎，之后由皮带运往每个系列的 下属球磨处，经球磨机和分级机的粗磨粗选、粗精矿 再磨再选得到金精矿，过程中产生的尾矿经旋流器 分级，粗粒自流至充填搅拌站供井下充填，细粒经浓 密机脱水后泵送尾矿库，最终产品即为金精矿“ J 。 2 ．2 选矿生产管理业务优化 三山岛金矿各生产车间实行主任负责制，设有 生产副主任专管生产技术，下设技术组、设备组处理 日常生产技术事务，生产运行分破碎、分选、尾矿等 工段，班组实行四班三运转，生产线2 4h 运行。选矿 生产工艺存在复杂性、不确定性以及影响因素多等 特性，每日每班都需要收集化验室、生产班组的大量 原始数据，进行分类统计整理、汇总计算，依次生成 系列级、车间级、矿级的生产报表。分管领导则主要 万方数据 型堕箜兰塑旦鏖塑簦黄金矿山选矿生产信息管理系统设计与实现 ．7 7 ． 使用数据查询，以了解生产经营的各种数据，及时做 出相应的调整决策。 为此，对三山岛金矿复杂的选矿生产流程进行了 系统的总结概括与分析优化，并整理成了关系图表的 形式，得到如图1 所示的高效、有序的业务流程图。 宙 核 不 通 过 化验报告单 产量报表 设备运行表 厂～ 收J 集 土 业务人员 处理量一直方图 入选品位一折线图 精矿品位一折线图 浮选回收率一折线 关键指标I 图形分析 理量矗位学标、工作时间厂j 磊手i 磊一 守蒿 录I 入l 盖茹莒茹【 电⋯军审核通过。。’r 。一 审核员、卜◆I 数据进入数据库 报 表 输 出 与 查 询 图1三山岛金矿选矿管理业务流程 F i g ．1O p e r a t i o nf l o wo fm i n e r a lp r o c e s s i n g m a n a g e m e n to fS a n s h a n d a oG o l dM i n e 2 ．3 系统数据规划 系统以选矿生产信息和管理信息为核心，深入 挖掘信息之间的内在联系，设计优良的数据存储结 构，在业务集成平台上实现信息的有机整合与分析 挖掘。 通过对日常选矿生产内容的分析整理，得到大 量的生产信息和数据，包括各种量值、率值、品位指 标以及技术经济指标等。这些信息规模大、类型多、 涉及面广，数据交叉使用运算复杂，存储、检索、统计 等处理要求精度高。 选矿生产信息管理系统主要对生产基础数据进 行采集、汇总，计算得出统计指标。将生产数据进行 分类整理，简化处理过程，保证数据不冗余、一致性 和可维护性好。用户仅需进行相关的录人和修改操 作，即能生成各项技术经济指标，供查询与报表打印 调用。用户还可根据需要利用系统维护功能修改数 据库。每条数据记录存人数据库之前，都会对各项 数据进行验证，保证数据库中不会出现非法数据。 系统收集、处理所有相关的选矿生产信息之后， 按功能、主题将这些信息分类，主要包括品位指标 类、磨机处理量类、磨机工作时间类、生产字典类、系 统维护类五大类，将这些数据分别存储在不同的数 据表中，且保证各表之间数据传输便捷高效，关系明 朗清晰。将设计优良的数据库结构部署到O r a c l e 数 据库中，并进一步完善数据存储、检索机制。最终完 善的数据库中，与生产业务相关的核心的数据表共 九张，表间关系如图2 所示。 原矿磨浮记录表用户信息表 置矿■掉羊群廖 女 ⋯ P K 置矿毫i V - T I _ l P K 譬呈 P K■潭姜群磨蔷l D 原矿仓位 是否为管理员 开始矿量糟矿仓位 所在单位 结束矿量班次 真实姓名 水分 F l 【l组织机构I D密码 古水量F K l 组织机构I D F l 【l 皮带I D l』 F I 2 原矿磨浮I D 古组织机构表 O 髓．验基本表 P K组织机} 白I D 生产系列字典P K 化跨基本I n 机构名称 P K 应盏业 简称 化验人 类型 生产日期 是否为破碎皮带 l 化验日期 皮带名称填报日期 所属单位是否发布 是否停机中所晨单位 是否启用 报表慎扳F K l 组织机构I D F K l 组织机构I D P I c 擅孟I n l l 类型 皮带开停信息表 零点班化验品位记录表 八点班 P K席带讦俸I D 四点班P K品柑铲矗T D 日合计 开扫L 时间 月曩计入选品位 停机时间 报表名称精矿品位 停机原因 项目名称尾矿品位 工作时间 所属单位化验人 所置皮带I D 报表日期化验时间 F K l 皮带l D 雕 组织机构I D班次 F K l 化验基本I D 图2 业务核心数据表E ．R 图 F i g ．2E n t i t yr e l a t i o n s b ；pd i a g r a mo fc o r e b u s i n e s sd a t at a b l e s P K 一表主键；Ⅸ一表外键；I D 一编号； x 蝌代表多对一的关系 N 1 2 ．4 系统的功能体系 根据前期对用户需求、业务流程、数据流程的分 析，并结合矿山数字化建设的现有平台以及本系统 的开发环境，以矿山企业的内部工作需要为主，设计 出系统的总体结构。系统实现的整体功能是获取数 据，计算得出各项技术经济指标，从而生成日报、汇 总月报，并用图表分析关键指标，清晰直观地向用户 展示指标的动态性，从而及时传递有效的生产信息， 辅助领导者做出生产管理决策。 按照选矿厂生产工艺流程规划出系统的功能模 块，便于团队开发和系统的后期维护，它们相互协 同的构成了本系统的功能体系∞J ，如图3 所示。 1 基础数据填报。包含所有需要录入的基础 数据，各系列每日三班的原矿品位、精矿品位、尾矿 品位，各磨机的处理量和开停机时间。操作界面采 用全屏输入方式，以汉字菜单的形式提醒用户需要 填报的信息，一目了然，简单友好便捷，提高了工作 效率，保证了录人数据的准确性和一致性。 万方数据 7 8 有色金属 选矿部分2 0 1 5 年第4 期 处 理 量 填 报 与报表生成Il 指标分 雾『虱j 囊l I 蓁l l 羹l l 蓁I i 蓁I l 蒌| l 囊垂委 图3 系统功能模块划分 F i g ．3 D i v i s i o no fs y s t e mf u n c t i o nm o d u l e s 织 机 构 管 理 2 指标计算与报表生成。以基础数据为依据， 汇总计算得出金属量、浮选回收率、磨机台效等各项 技术经济指标，依次生成系列级、车间级、矿级的磨 浮日报和月报，并依据精炼厂返回的金属量的实际 值进行金属平衡调整“ J ，消除生产过程中产生的误 差和损失，各项报表均可导出至E x c e l 。 3 技术经济指标分析。根据生产实际情况选取 了四个关键指标进行统计分析，其中对磨机处理量生 成直方图，浮选回收率、精矿品位、人选品位生成折线 图，通过研究图形变化趋势分析预测指标，指导生产。 4 系统维护与管理。辅助前几个模块使用的 基础数据维护及用户权限的授予收回，角色管理，用 户密码修改，提高各模块数据维护的便捷性，使系统 能够适应矿山生产中发生的各类变化，确保生产数 据的一致性和安全性。 3系统实现 3 ．1 系统开发环境 通过对各种解决方案和框架结构的比较，最终 选择J 2 E E 技术，采用B ／S 架构完成系统开发。 系统采用J a v a 语言开发服务器端应用程序， T o m c a t 为应用服务器，E c l i p s e 为开发平台，结构上采 用多层B ／S 结构，前台用户显示层采用J S P 和 S e r v l e t 在浏览器上实现，使用J a v a B e a n 组件实现企 业业务逻辑，后台数据库管理系统使用O r a c l e 关系 数据库哺J ，采用J D B C 和J a v a B e a n 技术实现客户端、 W e b 服务器、数据库之间的数据连接，并执行数据对 象的操作。这种结构具有良好的可扩展性、可靠稳 定性、通用性、安全性等优势，系统开发周期短，开发 效率高，且在开发、维护和更新上都有很大的优势。 3 ．2 系统功能实现 系统采用的是面向对象开发，保证操作界面、操 作方式简单通用、便捷高效。系统只显示已登录用 户权限范围内的菜单，保证数据的安全性和可靠性。 系统的核心功能主要包括数据填报，报表生成与查 询，指标分析等三项。 1 基础数据填报。为方便用户操作，磨机处理 量和工作时间的填报放在同一菜单下，如图4 所示， 其中干量由湿量和水分自动计算得出，减少用户操 作量，并保证数据的一致性和准确性。 生产系列名称西山选矿车目生产日期 ∞t ‘∞惦靛 斑| 戈7 0o 点班oe 点班o I 期旺行破班组 班 填摇人醛H 霹媾报日期 幻1 4 “ f 1 6 - f 1 6 处理矿置弹位t 运转情况 项目 运行时嗣 牾式时分 l 开关信息填报j 阿置弹位t 】水分0 ■位1 千曼 西山”CT 00 ∞眺 西山铒 ⅢT “％5 9 已珏扭 西山l 慵 ⅢT ●●s 2 2 们8 ’∞ 眺 西山 1 2 睡83 3 1 1 0 0 帆8 0 0 已赶扭 鄹r 仓位假1 5 哼 粉矿仓位 R 1 5 0 享1 5 1 9 量莲暇s ∞享 图4 处理量填报界面 F i g ．4S y s t e mi n t e r f a c eo ff i l l i n gm i n e r a lc a p a c i t y 2 报表的生成与查询。依据品位、矿石处理 量、磨机工作时间计算得出各项技术经济指标，生成 磨浮日报，汇总得出磨浮月报，并可导出至E x c e l ，如 图5 所示。 3 关键指标分析与图表展示。左侧菜单用于 选择截止日期、要分析的指标和单位。其中，折线图 用于展现比值类指标，量指标则用直方图展示，即为 处理量分析图示。图中横直线为生产月第一天至选 定日期的累计平均值，以做比较参考。 万方数据 垫堕盟兰塑里麈煎尝蛙黄金矿山选矿生产信息管理系统设计与实现 ．7 9 ． ●n ●●白 目‘I j ■‘ ■l ■喧l it i t 啪● 本日麸拓 项目●位月计删 月累计备注 O 点斑 8 栅I 点班合计 1 、处理曩矿 3 ∞T 嘲3 3 8 9 1 口潮∞ I O 锄5 I1 i 锄1 2 入龇‘，t l 铝l 8 ● t 明l ∞Il 嘲 曩矿舍盒k ‘6T B 烈6l ∞l8 蔫1 21 9 黝2 晒T l 蠲 2 、精r 产一 l 飘4 lI 惦3 l1 4 1 明4 4 IT l S 3 6 7 筠 蒋矿品位‘，t●I 笠∞伽位矾‘l 嘲”●拍 并矿含盒h 6 ∞4 T58 l ∞5 删 1 8 ．1 删渤佩 3 、j 对门 ∞1 3 ●T 3 功．n乾●I 州9 丁T 8 伽I 鞠能” 最矿昌位‘，t 01 2 O1 201 20l 铷0l 啪 足r 舍盒k03 口祁03 ∞E03 ⅫI1 T 葛1 52 8 T I 4 、津选回收辜 tW1 2∞T e ∞嗍∞∞钒签 ；、麝机开车时日合计 h8 ∞B 伽 8 ∞2 4 伽烈∞ 辨 h8 ∞8 锄8 ∞2 ‘伽姒∞ B 、●帆处理量合计 3 ∞T 嘲3 湖1 口 3 3 8 3 ∞1 0 拗5 ll 蝤锄1 2 僻3 蚰T 棚 3 3 ∞l 口3 粥∞I O 拗6 lt l s 如1 2 啪 3 6 ∞伽硎伽3 s l ‘∞I ∞l B 加l ∞啪∞ 水分 ■3 扪3 蒉 3 7 l3T ●3T 6 7 、盛机台烛 t ，h4 3 3 蝴1 2 ll ● I 丝皓I 巧舶‘3 10 I 图5 磨浮日报生成与查询 F i g ．5G e n e m t i n ga n dq u e r y i n g 咖n d i n g - f l o t a f i o nd a i l y 3 ．3 系统应用效果 系统经过一段时间的开发与调试，于2 0 1 3 年5 月开始在三山岛金矿试运行，运行中广泛收集用户 的意见与建议，及时做出相应的调整，使系统更加简 捷、实用、高效。系统运行以来，主要取得了以下几 方面的实际效果 1 实现了三个选矿厂生产信息的及时采集，逻 辑运算快、数据准确无误，得到各项技术经济指标， 自动生成磨浮报表，大大减轻了工作人员处理繁杂 报表的负担； 2 通过生成折线图和直方图，对选矿技术经济 指标进行了对比与趋势分析，辅助判断生产状况是 否异常，为领导做出生产决策提供理论依据； 3 系统大大提高了信息的准确性、及时性和共 享性，提高了信息传递的速度，减少了相关人员的工 作量，计算过程自动处理，减少了大部分的人为误 差，提高了生产链的运行效率； 4 将现代技术手段应用到选矿管理当中，提高 了选矿生产的管理水平，减少了很多的相关费用，节 约了成本，取得了良好的经济效益； 5 系统应用以来，三山岛金矿的选矿管理工作 更加制度化、规范化、程序化，推动了矿山企业的信 息化和现代化建设。 4结论 随着矿产资源的日益贫化和市场竞争的日益激 烈，充分有效地利用有限的矿产资源，提高选矿生产 效率已经成为矿山企业的必由之路。 采用数字化技术进行生产管理，建立数字矿山 是矿山企业实现信息化和现代化的必然选择。因 此，必须建立良好的选矿生产信息管理系统，及时汇 集生产、质量等信息流，为管理部门和生产现场建立 数据桥梁，实现各部门之间的信息共享，辅助管理者 组织生产和分析决策，以低成本实现高收益，加快矿 山企业的信息化建设步伐和科学管理的进程，提高 信息化和数字化水平。 参考文献 [ 1 ] 周万舟．选矿厂成本控制和质量管理的应用研究[ J ] ．冶 金经济与管理，2 0 1 4 2 3 6 - 3 7 ． [ 2 ] 刘长鑫．面向W e b 的选矿生产全流程工艺指标决策系统 软件平台的设计与开发[ D ] ．沈阳东北大学，2 0 0 8 ． [ 3 ] 赵威，由远征，王淑梅，等．三山岛金矿数字矿山建设中 的信息资源管理[ J ] ．中国矿山工程，2 0 l l 6 4 8 - 5 0 ． [ 4 ] 高扬，李涛，赵浩．选矿自动化建设工程项目实践 [ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 3 增刊 2 4 0 - 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