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30_planificacion Trabajos

Transcript

J

Capítulo 30

PLANIFICACION DE LOS TRABAJOS DE PERFORACION y VOLADURA

INTRODUCCION

Coste global de perforación

y voladura.

Entre los factores operatívos se encuentran:
J

Cuando se acomete un proyecto de excavación de rocas, una de las etapas más importantes es la consti-

tuida por la planificación de los trabajos de perforación y voladura, no sólo porque es preciso coordinar dos

operaciones básicas del ciclo de explotación, sino fundamentalmente porque es necesario conjugar una serie de conocimientos y aspectos de la obra en su ./ totalidad: entorno geológico y topográfico, unidades de carga y transporte, utilización posterior de los materiales, etc. ./ Este hecho, unido a la influencia posterior que tienen los equipos de perforación elegidos sobre el resto de las operaciones: carga, transporte y trituración, así como sobre los ritmos previstos, plazos de ejecución y ./ costes de operación, hacen que la planificación de las labores de arranque requiera un tratamiento especial por parte de los técnicos responsables.

Número de bancos en explotación. Longitud de frentes de operación. Accesos a diferentes niveles. Secuencia de avance. Número de voladuras, etc.

Es necesario contemplar las pérdidas de tiempo o retrasos característicos de cualquier operación, tales como trabajos nocturnos, traslados del equipo de perforación, cambios de tajo, interrupciones por voladuras, malas condiciones climatológicas, tráfico, etc., o por factores tales como la experiencia del operador, conjunto equilibrado con otros equipos de producción, etc. Cada equipo debe considerarse como parte de un sistema, y como tal queda sometido a pérdidas de tiempo debidas a deficiencias en la dirección, supervisión,
condiciones del trabajo, clima, etc. Estos retrasos y pérdidas de tiempo son los que caracterizan el factor conocido como eficiencia de la operación. Por otro lado, es preciso tener en cuenta la disponibilidad mecánica, o simplemente disponibilidad, definida como la disposición de los equipos para actuar durante el tiempo de trabajo programado, es decir, hay que considerar las pérdidas de horas de trabajo debidas a averías intempestivas y a reparaciones programadas o rutinas de mantenimiento. Cuando no se disponga de experiencia suficiente para estimar individualmente los factores anteriores, se podrá tomar el producto de ambos, que se denomina «eficiencia operativa global», reflejados en la Tabla 30.1.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PLANIFicACION DE LA PERFORACION Y VOLADURA

Los factores que se precisan conocer para proceder a una correcta planificación de los trabajos pueden. clasificarse en: generales, cuando afectan a la globalidad del proyecto o intervienen en los planes a largo plazo, y operativos, cuando inciden sol5're aspectos" muy concretos o planes a corto .y medio plazo. , Los factores generales mas Importantes en proyectos a cielo abierto son:

Volumen a excavar. Ritmo y plazo de ejecución.

Tabla 30.1.
CONDICIONES DETRABAJO

EFICIENCIA OPERATIVA GLOBAL
CALIDAD DELAORGANIZACION

Equipos de carga a utilizar. Altura de banco.
Geometría Situación Propiedades rocas. de la excavación. geográfica. geomecánicas y estructurales de las

Excelente 0,83 0,76 0,72 0,63

Buena 0,80 0,73 0,69 0,61

Regular 0,77 0,70 0,66 0,59

Deficiente 0,77 0,64 0,60 0,54

Excelentes Buenas Regulares Malas

J -

Granulometría exigida. Limitaciones ambientales.

415

'Si se trata de un clima extremado, en ambiente polvoriento, con materiales compactos y abrasivos, la calidad de la operación será deficiente y las prestaciones se verán afectadas de forma adversa debido a las malas condiciones detrabajo. Si la dirección y la supervisión son excelentes, con buenos talleres, y programas de mantenimiento preventivo adecuados, pérdidas de tiempo mínimas en la carga, alta disponibilidad, etc., el tiempo efectivo de producción será alto. Por el contrario, una dirección y supervisión deficientes reducirán el tiempo real de producción y la capacidad de los equipos deberá ser incrementada para conseguir las producciones requeridas. 2.3. Geometría de la excavación Situación geográfica
Se deben tener en cuenta:

,.-

Dimensiones de la obra en planta y profundidad.
Topografía del terreno natural. Accesos al área de excavación. Infraestructura de la zona de trabajo; energía eléctrica, instalaciones de mantenimiento, servicios, etc., y Labores previas de preparación del terreno. '-

''---

Ejemplo
Una perforadora hidráulica con martillo en cabeza trabaja en un banco de caliza de 20 m, realizando barrenos de 102 mm (4"). La velocidad de penetración es de 110 cm/min, que se traduce en una velocidad de perforación de 35 m/h. El rendimiento de arranque para el esquema de voladura fijado es de 13 m3/ml. Suponiendo que el factor de eficiencia operativa es del 80% y la disponibilidad mecánica del equipo del 90% se desea calcular la capacidad de perforación para uno y dos relevos de 8 horas cada uno.
. Capacidad Capacidad horaria de Número de horas por Rendimiento de Factor de Disponibilieficiencia X dad mecá-

2.4. Propiedades geomecánicas y estructurales de las rocas
Deben conocerse Estructuras los siguientes puntos:

'conte"-

geológicas

del entorno.

Tipos de rocas y densidades. Composición mineralógica, nido en cuarzo. Propiedades geomecánicas, presión simple, velocidades especialmente

resistencias a la comde propagación, etc.

'--

porrelevo ~ perforación X (m') (m/h)

relevo X arranque X operativa (m'/h) (m'/ml)

nica

Datos estructurales, fracturas, diaclasas, juntas, tipos de relleno, existencia de coqueras, orientación predominante de las discontinuidades, etc. Presencia de agua. de tierra vegetal o materiales al-

Capacidad por relevo (m') =
35 m/h x 8 h x 13 m3/ml x 0,80 x 0,90 = 2.621 m3. Capacidad de dos relevos (m3) = 2 x 2.621 m3= 5.242 m3.

Recubrimientos terados.

'--

2.5.

Granulometría exigida

2.1. Volumen a excavar Ritmos de producción
.

La granulometría exigida es función del tratamiento y utilización posterior del material, y en algunos casos
indirectamente de la capacidad de los equipos de carga. Si el tamaño de los bloques «T b» se expresa por su mayor dimensión, se pueden presentar los siguientes tipos de proyectos: Material que pasa por machacadora. Es el caso del mineral en las minas a cielo abierto o de los áridos en canteras. Debe cumplirse: Tb<0,8xAD
i

de roca a mover, el plazo de ejecución y general del trabajo determinan los ritmos de excavación previstos referidos a la unidad de tiempo: año, mes, semana, día y hora. El volumen

la organización

'---

2.2.

Equipo de carga Altura de banco

.¡'

Los equipos de carga se seleccionan en función del ritmo de ejecución y de la flota de transporte disponible. La altura de banco se puede determinar a partir de la capacidad del cazo del equipo de carga «Cc»: -

siendo: AD = Tamaño de admisión de la machacadora

'--

Palas de ruedas Excavadoras hidráulicas """""""" Excavadoras de cables

H (m) = 5 a 10 m

H (m) = 4+0,45xCc

Material estéril que va a vertedero. Dependerá de la capacidad de la cuchara de la máquina de carga:
3

'--

(m3)
Tb<0.7X-VC:

H (m) = 10+0,57x(Cc-6) siendo:

'--

No es recomendable, por cuestiones de seguridad eficiencia, superar los 20 m de altura de banco. 416

y
Cc = Capacidad de la cuchara (m 3).

../

El tamaño óptimo del bloque es normalmente aquel cuya relación con la dimensión del cazo se encuentra entre 1/6 y 1/8. Material para pedraplenes. Generalmente, el tamaño máximo no es superior al 70% del espesor de la tongada. Material para puertos y presas. Los pliegos de condiciones contemplan, generalmente, diferentes zonas que corresponden a núcleos y mantos de escollera, mantos de protección y espaldones etc., cada una con una granulometría media distinta que va desde las 0,5 t hasta más de 12 t por bloque.

como son: los daños a la roca remanente,

la fragmenta-

ción, la geometría de las pistas, la presencia de finos en exceso, la separación del estéril y mineral, etc. En minería a cielo abierto pueden considerarse las siguientes técnicas de voladura:

../

c) d)

2.6.
./

Limitaciones

ambientales

Las perturbaciones que producen las voladuras y que deben mantenerse por debajo de umbrales de se./

guridad son:
-

f) a partir de un nivel mág) h)

Vibraciones.Debedisponersede una tabla de cargas distancias construida
ximo permisible.

Onda aérea. El explosivo debe confinarse lo mejor posible y elegirse una secuencia de encendido adecuada.

Proyecciones. Se definirá una distancia de seguri-

i) j)

dad a instalaciones y maquinaria, y si el diseño de las voladuras lo aconsejan se emplearán protecciones. Polvo.Esta alteraciónes inevitablecasi en su totalidad, y sólo puede lucharse contra ella mediante el
riego superficial con agua, pero con escasos sultados prácticos. re-

El tipo de voladura puede ser condicionada conjuntamente y de manera significativa por las limitaciones
I

ambientales V por otros factores de índole operativo, TABLA 30.2
Técnica de Voladura Voladura de "ontorno ¡Voladura Voladura Selectiva de Explana- Explanación ción Taqueo con Barrenos Taqueo con Parches Voladura Masiva en Bancos

Minería masiva, utilizando voladuras en banco, e.g. movimiento de estéril a gran escala en minas de carbón y metálicas. Minería selectiva empleando voladuras en banco, e.g. separación de estéril y mineral en los tajos, frecuentes en operaciones mineras de hierro y oro. Técnicas de voladuras controladas en los límites de corta, e.g. precorte. Voladuras masivas de explanación, e.g. usadas para fragmentar las costras o recubrimientos de algunos yacimientos de bauxita. Minería selectiva utilizando voladuras de explanación, e.g. bloques de mineral de oro y bloques de estéril que son excavados separadamente. Voladuras secundarias empleando barrenos, e.g. taqueo. Voladuras secundarias sin usar barrenos, e.g. parches o cargas adosadas. Ensanche de barrenos para incrementar su capacidad para alojar una mayor carga de explosivo en las recámaras y romper así una mayor cantidad de roca con un solo barreno. Canteras de roca ornamental, e.g. voladuras con pólvora para obtener bloques sin daños. Voladuras coyote empleadas en pequeños túneles y cámaras para colocar grandes cantidades de explosivos que se disparan instantáneamente, e.g. voladuras de hasta 1 millón de toneladas de roca se han realizado de una sola vez. Voladuras en rampa utilizadas en la apertura de nuevos bancos, e.g. para crear nuevos frentes verticales para los bancos subsiguientes. Voladuras con trayectoria controlada o voladuras de máximo desplazamiento usadas para fragmen-

.Oaños a
la roca .Fragmentación .Oesplazamiento .Separación estl mineral .Finos .Proyecciones .Onda aérea .Vibraciones S A O O O A O S O S S O O A A A S S S S O A A A

Voladura Selectiva en Bancos

Voladura Coyote

Recámaras

Voladura Voladura Voladura con Traen en Roca yectoria Rampa Controlada Ornamental

O d' S O O O S A O

O S O O O A S O

S A'" S O O A A A

A S S S A A A A

A S A O O A A S

S A A O O O A A

O A A A O A A A

A A S A O A A A

S - Siempre influye en el diseño de la voladura. A - Algunas veces influye en el diseño de la voladura. O - Ocasionalmente influye en el diseño de la voladura. 417

tar y mover grandes cantidades de recubrimiento directamente con el fin de que el transporte con medios mecánicos -e.g. dragalina- sea mínimo. En la Tabla 30.2 se indican las limitaciones asociadas que influyen en el diseño de las diferentes técnicas de voladuras a cielo abierto.

'--nómicos, sino incluso por razones de índole ambiental, al ser menores las alteraciones producidas como consecuencia de un mejor aprovechamiento de la energía desarrollada por el explosivo. '---

I
(f>

2.7. Coste global de perforación y voladura La perforación y voladura son operaciones imprescindibles en la fragmentación de la roca cuando no se pueden utilizar equipos mecánicos de arranque. Dichas operaciones se integran en sistemas junto con el resto de las que constituyen el ciclo de explotación. La suma de los costes unitarios de todas las operaciones del ciclo conducen a diferentes escenarios, Fig. 30.1. En condiciones normales, la excavación se dice que está equilibrada, Zona S, si se alcanzan los costes totales más bajos de producción. Cuando esto no es posible se estará trabajando en la zona A, con cantidades excesivas de explosivo, o en la zona C, con cantidades insuficientes de explosivo, que harán elevarse los costes totales, apareciendo en el último caso la incidencia de la fragmentación secundaria.

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FRAGMENTACION SECUNDARIA

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TAMAÑO MAXIMO DE LOS FRAGMENTOS

'Figura 30.2. Correlación entre impactos ambientales y tipos de voladuras A - Sobreequilibrada B - Equilibrada y C -Subequilibrada.
.

'(f)

o a: <{
f-

Z =o
(f) w f(f)

3. PLANIFICACION DE LAS
ETAPAS DE EXCAVACION

o o

El análisis de los factores expuestos anteriormente, permiten, según el esquema reflejado en la Fig. 30.3, definir los principales criterios de diseño y ejecución y voladuras. de la perforación

TAMAÑO MAXIMO DE LOS FRAGMENTOS

Diámetro de perforación. Características de la perforadora. Explosivos y accesorios. Esquema de perforación. Secuencia de encendido y tiempos de retardo. Tamaño de las voladuras. Dirección de avance, etc.

Figura 30.1. Variación de los costes unitarios con el. tamaño máximo de los fragmentos para situaciones de excavación A - Sobreequilibradas, B - Equilibradas y C -Subequilibradas (OINIS DA GA MA, 1990).

Por otro lado,

si se considera la magnitud de los
En la Tabla 30.3 se resumen las interrelaciones que existen entre los diferentes criterios de diseño y los factores generales que intervienen en la planificación. Algunos comentarios de interés son los siguientes: El diámetro de perforación constituye la decisión más importante, ya que depende de un gran número de consideraciones y su influencia posterior es extraordinariamente grande en la globalidad de la operación de arranque. Una vez elegido el diámetro, se determina el tipo de perforadora, el varillaje, la deslizadera y el brazo

impactos ambientales asociados a cada una de las situaciones anteriores puede verse en la Fig. 30.2. que en la zona A se alcanzan niveles considerables, debido a las importantes cantidades de explosivo que se utilizan, en proporción al volumen de roca arrancado, que dan lugar a intensidades de vibración y ruido altas. En la zona C, como consecuencia de las operaciones de taqueo la magnitud del impacto aumenta considerablemente debido al ruido, onda aérea y posibles proyecciones. Se demuestra pues la conveniencia de trabajar dentro de la denominada zona S, no sólo por motivos eco418

../

TABLA 30.3.

../ EXPLOSIEQUIPO ./ DE PERFORACION VOS y ACCESORIOS DISEÑO DE VOLADURA

../

CJ) O Z LU a: a: <t: aJ CJ) O ....J LU O O a: 1LU
::2:

Z O (3 <t: a: O LL a: LU c.. LU O O O O 1LU
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<t: a: LU O <t: N CJ) LU O >O N <t: a: aJ

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FACTORES

GENERALES

<t:

O <i

aJ
A*

aJ
81

,O
A

N O

N O
C2

c0 O

A,81, 83

A, 81, A,81, 84 84

A,C1 A, C1

Volumen de excavación Ritmos de producción Altura de banco Geometría Situación de la excavación geográfica geomecánicas de las rocas exigida ambientales y

O O O O O O O O O O O

O O O O O

O O O

Propiedades estructurales Granulometría Limitaciones

O O O O

O O O O O

O O O O

O O O O O O

O O O

Coste global de perforación Y voladura
* Criterios

implicados.

adecuados para la operación, termil1jindo con la elección del chasis o sistema de montaje. En la Fig. " 30.4 se establece la interrelación de las variables que intervienen en la selección de equipos de perforación en trabajos de tú neles y galerías, y voladuras de producción de interior. Los sistemas de accionamiento pueden ser diesel y eléctricos, interviniendo en su elección factores técnicos, económicos y ambientales. Los explosivos a utilizar y la forma en la que éstos se adquieren, encartuchados o a granel, dependen de todos los factores enunciados en el capítulo de selección de explosivos. Los accesorios de voladura, de forma semejante, están ligados a los tipos de explosivos usados, las

secuencias de encendido y tiempos de retardo proyectados, pudiendo afirmarse que cuanto mayores sean las restricciones ambientales más sofis.ticados y costosos serán los accesorios de voladura a emplear.
-

El esquema de la voladura, piedra y espaciamiento, es función del diámetro del barreno, tipo de explosivo, características de la roca, altura de banco y fragmentación deseada. El área de excavación debe dividirse para calcular con las variables anteriores los esquemas más adecuados en cada zona, que proporcionan los mejores resultados y el coste mínimo. La cantidad de explosivo por barreno puede estar condicionada por los niveles de vibración admisibles. 419

"--VOLUMEN DE LA ROCA A EXCAVAR

PERFORABILlDAD

DE LA ROCA

PROGRAMA

DE PRODUCCIONES

'------

FACTORES

AMBIENTALES

ELECCION

DEL

EOUIPO

DE CARGA

',-N.O DE UNIDADES DE PERFORACION ALTURA DE BANCO

ELECCION

DEL

EXPLOSIVO

"VOLABILlDAD DE LA ROCA

Elección del equipo de perforación

GRADO

DE FRAGMENTACION

"TIEMPOS DE RETARDO

"TAMAÑOS DE LAS VOLADURAS

NUMERO

DE BANCOS y DIRECCION

EN EXPLOTACION DE AVANCE

Figura 30,3. Esquema básico de planificación de los trabajos de perforación y voladura.

'--

Los tiempos de retardo se elegirán con el fin de eliminar los riesgos de proyección y obtener una fragmentación adecuada, al mismo tiempo que se reduce la carga total operante en la voladura. La secuencia de encendido se establecerá en función de los ángulos libres de rotura, dirección de proyección y resultados de fragmentación. El tamaño de las voladuras debe tenderse a que sea el mayor posible, a fin de aprovechar las ventajas que reporta:

Se reducen los problemas de fragmentación que se producen en las zonas periféricas. La granulometría es más uniforme. de las pilas de escombro de

. . . .

Los tiempos de parada de los equipos carga y transporte son menores.

'--

Facilita la planificación y control de la operación. Disminuyen las quejas de los habitantes del

'-'-

TUNELES y GALERIAS

"-CHASIS

"-d'
PRODUCCION

"--

'-..

'CHASIS

Figura

30.4.

Variables que condicionan la selección de equipos de perforación en trabajos subterráneos (Menéndez, F., 1986).

420

entorno, siempre que las perturbaciones generadas se mantengan en niveles aceptables. Disminuyen los costes de arranque. En cuanto al número de bancos o tajos en operación se recomienda que al menos sean tres; uno en perforación, otro en carga del material volado previamente y un tercero en preparación. Si esas tres zonas se encuentran sobre un mismo banco y en las proximidades de un talud final, la secuencia de avance puede ser la indicada en la Fig. 30.5.

Como resumen de todo lo expuesto se recoge a continuación un listado, que sin ser exhaustivo, refleja la mayor parte de los factores que influyen y que deben tenerse en cuenta en la planificacióny desarrollo de los trabajos de arranque con explosivos, así como los parámetros de control cualitativos y cuantitativos de la calidad de los mismos. Propiedades de las rocas Densidad. Módulode Young. Módulode Poisson. Módulode Bulk. Resistencia a la tracción. Resistencia a la compresión. Porosidad. Diaclasamiento.

-ETAPA

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ROCA VOLADA

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ESTACAS DE DEMARCACION

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ADECUADA PARA '

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Dirección. Buzamiento. Espaciamiento. Continuidad. Angula de fricción.

ETAPA 1,

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- Roca dura de cobertera.

'/<"'1" ,

- Meteorización y bloques de roca dura en matriz blanda. Agua. . Roca dentro de un acuífero. . Roca bajo nivel piezométrico - solamente húmeda en trincheras. Propiedades del explosivo Densidad. Velocidad de detonación. Ecuación de isentropía. Resistencia al agua. - Compatibilidad de los sistemas de iniciación con el explosivo.

../,
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SECUENCIA DE EXCAVACION

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Figura 30.5,

Secuencia

de avance en las proximidades un talud final.

Perforación

En lugares próximos a áreas habitadaq¡la dirección de avance de las voladuras es una variable a tener" en cuenta, ya que con una correcta secuencia y orientación es posible reducir bastante los problemas originados por las perturbaciones ambientales. Los sistemas de protección y medidas de seguridad se fijan a partir de las condiciones del entorno en el que se realizan las voladuras y los riesgos que éstas conllevan. En lo relativo a la hora de disparo, siempre se intentará realizar éste en momentos de escasa presencia de personal; como por ejemplo en los cambios de relevo, a una misma hora y avisando siempre de la realización de los mismos anticipadamente.

- Diámetro de los barrenos - nominal vs real. - Inclinación. - Replanteo de las voladuras - Todos los barrenos son señalizados y algunos suprimidos para evitar sobreexcavaciones. - Profundidad medida antes de la carga. - Velocidad de penetración. - Sobreperforación en la primera fila. - Barrenos visiblemente perforados en carbón o mineral. - Incremento de la profundidad de los barrenos para alcanzar al techo de las capas cuando buzan. Voladura
Esquema-cuadrado, tero. rectangular, al tresbolillo, equilá-

421

Piedra y espaciamiento nominal. Longitud de la columna de explosivo. Sobreperforación. Altura de banco medida.

Profundidad los barrenosmedida. de

- Longitud del retacado - material gran"ular o detritus de perforación - cargas espaciadas. - Número de filas. - Secuencia de iniciación - V, V1, V2, o barreno por barreno. - Cebado - localización del multiplicador o cebo empleo de otro multiplicador en la misma columna. - Sistema de secuenciado - en superficie, dentro de los barrenos o combinado - retardo entre barrenos en ms/m de piedra o espaciamiento - retardo entre filas.

Pala cargadora - volquetes o cintas. Excavadoras hidráulicas - retro- frontal. Operación con una sola capa o multicapa. '-Estabilidad de taludes. Trituradora o cualquier otra limitación de tamaño de admisión.

'-Evaluación cuantitativa de resultados

'--

- Curva granulométrica.

METODO MINERO
Subterráneo

- Velocidad de detonación. - Perfil de la pila de escombro - esponjamiento de la '-pila. - Fotografías de alta velocidad - medida de velocidad del frente - medida de retardos - medida de retaca'-dos - registro en zonas próximas y lejanas. - Vibraciones y onda aérea - medida de retardos y cargas operantes. ',-- Rendimientos de carga. - Factores de llenado de cazos y volquetes.
-

Corte y relleno. Cámaras y pilares. Hundimiento por subniveles. Cráteres invertidos. Barrenos largos. Recuperación de pilares y macizos residuales. Liberación de tensiones.

Costes de reparación y - desgastes de dientes y
cazos - vidas de cables de elevación.
'--

Evaluación cualitativa de resultados
Fallos. Bolos. -

Descostramiento pilareso explosionesde roca al de
aumentar las tensiones durante la explotación.
-

Proyección y desplazamiento.

'--

Repies.
Sobreexcavación. Fragmentación variable. Desplazamiento variable. Finos excesivos. Eyección del retacado. '--

Cielo abierto - Dragalinas - banco extendido - desmonte previo y transporte. - Excavadoras y volquetes - trituración dentro de la explotación y cintas transportadoras.

'--

Fragmentación controlada estructuralmente.
Proyecciones. '--

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'--

422