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1、 課程設(shè)計(jì)(論文)課程名稱: 金屬礦床露天開(kāi)采 題 目:某礦山露天采礦開(kāi)拓方案設(shè)計(jì)院 (系):* 專業(yè)班級(jí):* 姓 名:* 學(xué) 號(hào):* 指導(dǎo)教師:* 2014年 6月 27日*大學(xué)課程設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書專業(yè)班級(jí): 學(xué)生姓名: 指導(dǎo)教師(簽名): 一、課程設(shè)計(jì)(論文)題目二、本次課程設(shè)計(jì)(論文)應(yīng)達(dá)到的目的課程設(shè)計(jì)是實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的重要組成部分,金屬礦床露天開(kāi)采課程設(shè)計(jì)的目的是:綜合運(yùn)用金屬礦床露天開(kāi)采課程基礎(chǔ)理論知識(shí),對(duì)露天礦生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),學(xué)習(xí)其設(shè)計(jì)方法,重點(diǎn)掌握露天礦境界圈定和開(kāi)拓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程、計(jì)算步驟、設(shè)計(jì)圖紙繪制等內(nèi)容,以及對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)的熟練運(yùn)用,培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。三、
2、本次課程設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)的主要內(nèi)容和要求(包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計(jì)要求等) 主要內(nèi)容:根據(jù)給定的設(shè)計(jì)題目,結(jié)合礦床地質(zhì)地形圖、勘探線剖面圖,對(duì)礦山采礦境界進(jìn)行圈定,計(jì)算礦床的經(jīng)濟(jì)合理剝采比、最小底寬、最終邊坡角、臺(tái)階坡面角、采深,繪制底部周界,并根據(jù)選取的設(shè)備和計(jì)算的參數(shù)結(jié)果最終繪制采礦終了平面圖、采場(chǎng)剖面圖和采礦方法圖。設(shè)計(jì)原始條件:礦床地質(zhì)地形圖、勘探線剖面圖、礦石的特征等(詳見(jiàn)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書)。設(shè)計(jì)要求:設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份,一號(hào)圖紙兩張,二號(hào)圖紙一張。四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) 1金屬礦床露天開(kāi)采陳曉青主編.冶金工業(yè)出版社.20102采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)冶金工業(yè)出版社.20053金屬非金屬礦山安
3、全規(guī)程GB16423-2006.五、審核批準(zhǔn)意見(jiàn)教研室主任(簽字) 1目錄*大學(xué)課程設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書11.緒論11.1本次課程設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的目的11.2本次課程設(shè)計(jì)任務(wù)的主要內(nèi)容和要求21.3礦山地質(zhì)概況主要內(nèi)容22.采場(chǎng)境界的圈定22.1臺(tái)階構(gòu)成要素的參數(shù)確定32.1.1臺(tái)階高度32.1.2臺(tái)階寬度32.1.3臺(tái)階坡面角32.2境界三要素的確定52.2.1最小底寬52.2.2最終邊坡角62.2.3開(kāi)采深度82.3圈定露天礦底部周界112.3.1各橫剖面底部周界位置的確定112.3.2確定端幫位置112.3.3連成礦體底部周界142.4圈定結(jié)果143.礦床開(kāi)拓153.1主要設(shè)備選擇及主要參數(shù)1
4、53.2開(kāi)拓方案164.開(kāi)采程序說(shuō)明184.1臺(tái)階形式184.2部分工作面參數(shù)的確定18結(jié)語(yǔ)20參考文獻(xiàn)2131.緒論 1.1本次課程設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的目的為了使我們對(duì)露天采礦技術(shù)這門課程中所學(xué)的基本知識(shí)、基本理論及基本方法有個(gè)全面系統(tǒng)的掌握,尤其是最基本的境界圈定。通過(guò)本設(shè)計(jì),我們將對(duì)露天采礦技術(shù)課程有個(gè)深入的全面的了解,并學(xué)會(huì)利用各種工具書及參考文獻(xiàn)資料,我們以團(tuán)隊(duì)協(xié)作的方式來(lái)解決設(shè)計(jì)中相關(guān)的問(wèn)題。提高學(xué)生獨(dú)立思考、認(rèn)真處事、相互交流、合理解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題的能力,使我們對(duì)露天采礦技術(shù)這門課程有了一個(gè)全面的認(rèn)識(shí),對(duì)該門課程所學(xué)到的知識(shí)、技能初步達(dá)到一個(gè)學(xué)以致用的目的。通過(guò)采區(qū)設(shè)計(jì)達(dá)到下列目的:
5、1 系統(tǒng)靈活運(yùn)用和鞏固所學(xué)的理論知識(shí),并結(jié)合實(shí)際條件加以運(yùn)用。豐富學(xué)生的安全生產(chǎn)實(shí)際知識(shí),并進(jìn)一步培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生熱愛(ài)勞動(dòng)、善于理論聯(lián)系實(shí)際、尊重科學(xué)和實(shí)踐的良好思想作風(fēng);2 掌握采區(qū)方案設(shè)計(jì)的步驟和方法,為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ);3 鞏固和發(fā)展學(xué)生的文字編寫、運(yùn)算和繪圖的工程技能,培養(yǎng)和提高大學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。1.2本次課程設(shè)計(jì)任務(wù)的主要內(nèi)容和要求1.3礦山地質(zhì)概況主要內(nèi)容某露天鐵礦床,地表平坦,礦體傾角70,傾向北,東西走向,長(zhǎng)300m,圍巖穩(wěn)固,堅(jiān)硬系數(shù)為8,平均品位40%。地質(zhì)勘探線垂直礦體走向方向自東向西排列,間距為60m,勘察結(jié)果顯示為:1#勘探線處礦體水平投影厚度為40m,
6、2#勘探線處為礦體水平投影厚度為50m,3#勘探線處礦體水平投影厚度為60m,4#勘探線處礦體水平投影厚度為30m;礦體端部形態(tài)規(guī)整,礦體厚度變化率可視為0%。東端部近似呈半徑為20m的半圓形,西端礦體近似呈半徑為15m的半圓形,0#勘探線、5#勘探線為其切線。礦體埋深15m,延伸100m。2.采場(chǎng)境界的圈定圈定境界時(shí)必須遵循以下原則1.按照開(kāi)采技術(shù)條件選擇的采礦方法,正確選擇臺(tái)階構(gòu)成要素2.境界圈定要考慮礦體傾角和厚度的變化,在經(jīng)濟(jì)合理剝采比的基礎(chǔ)上,盡可能的多圈定已勘察的礦石資源量3.要考慮礦體的地質(zhì)構(gòu)造和礦石與圍巖的物理力學(xué)性質(zhì),合理選取最終邊坡角范圍4.境界圈定要滿足開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)布置對(duì)
7、空間位置的需求5.臺(tái)階的布置和數(shù)目應(yīng)以所采用的鑿巖、挖掘設(shè)備的規(guī)格和生產(chǎn)效率為依據(jù)2.1臺(tái)階構(gòu)成要素的參數(shù)確定2.1.1臺(tái)階高度已給出臺(tái)階高度要求為10m,設(shè)計(jì)每隔2個(gè)安全平臺(tái)設(shè)1個(gè)清掃平臺(tái)。2.1.2臺(tái)階寬度安全平臺(tái):理論上一般取臺(tái)階高度的三分之一,即b1=h/3=3.33m,而在實(shí)際中可參考國(guó)內(nèi)外類似礦山實(shí)際數(shù)值,在此次設(shè)計(jì)中根據(jù)石人溝鐵礦的經(jīng)驗(yàn)實(shí)際選取6m清掃平臺(tái):同上,由于此礦山與石人溝鐵礦相類似,故參考現(xiàn)代采礦手冊(cè),王云敏.北京.冶金工業(yè)出版石人溝鐵礦的數(shù)據(jù)b2=10m(P10)運(yùn)輸平臺(tái):b3=9m,數(shù)據(jù)參考現(xiàn)代采礦手冊(cè),王云敏.北京.冶金工業(yè)出版社汽車運(yùn)輸平臺(tái)最小底寬(P12)2.
8、1.3臺(tái)階坡面角臺(tái)階坡面角主要是巖體穩(wěn)定性的函數(shù),其取值隨巖體的穩(wěn)定性的增強(qiáng)而增大(最大為90)。確定臺(tái)階坡面角時(shí)需要進(jìn)行巖石穩(wěn)定性分析,或參照巖體穩(wěn)定性相類似的礦山選取。另外,巖體層理面的傾向?qū)ε_(tái)階坡面角有直接的影響,當(dāng)臺(tái)階坡面與巖體層理面的傾向相同或相近,而且層理面傾角較陡時(shí),臺(tái)階坡面角等于層理面的傾角。表二是均質(zhì)巖體中臺(tái)階坡面角與巖石硬度的大體關(guān)系。表三列出了國(guó)內(nèi)部分金屬露天礦的臺(tái)階坡面角取值。表2-1:均質(zhì)巖體中臺(tái)階坡面角的參考值巖石硬度系數(shù)臺(tái)階坡面角(度)814以上7075386070135060表2-2:國(guó)內(nèi)部分露天礦的臺(tái)階坡面角礦山名稱臺(tái)階坡面角(度)大孤山鐵礦70東鞍山鐵礦75
9、南芬鐵礦4850(巖石層理傾角)大石河鐵礦65白云鄂博鐵礦70白銀廠銅礦70根據(jù)地質(zhì)資料得到圍巖穩(wěn)固,堅(jiān)硬系數(shù)為8,參考表5-1均質(zhì)巖體中臺(tái)階坡面角的參考值以及表5-2國(guó)內(nèi)部分露天礦的臺(tái)階坡面角,初步選取上下盤臺(tái)階坡面角均為70。2.2境界三要素的確定2.2.1最小底寬露天礦的最小底寬,應(yīng)滿足采掘運(yùn)輸設(shè)備在底部正常運(yùn)行與安全作業(yè)的要求,一般不應(yīng)小于開(kāi)段溝的底寬。 本次設(shè)計(jì)采用回返式調(diào)車方式,示意圖見(jiàn)下。最小底寬Bmin=2(Rc min+0.5bc+e)=2(9+0.52.909+0.5)=21.9m式中:Bmin為最小底寬 Rc min為汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑 bc為汽車寬度圖2-1回返式掉車方式
10、示意圖 e為汽車距離邊坡的安全距離由于礦體平均厚度為45m左右,大于最小底寬較多,故最終確定底寬為22m。(注:汽車距離邊坡的安全距離e取0.5,參考現(xiàn)代采礦手冊(cè),王云敏.北京.冶金工業(yè)出版社P11)2.2.2最終邊坡角露天礦最終邊坡角對(duì)露天礦的生產(chǎn)安全與經(jīng)濟(jì)效果都有很大影響。過(guò)小的邊坡角,將增加剝巖量,使剝采比增大,從經(jīng)濟(jì)效果來(lái)考慮,希望邊坡角盡可能大些。然而,過(guò)大的邊坡角,將導(dǎo)致邊坡失穩(wěn),嚴(yán)重影響礦山正常生產(chǎn)。因此,露天礦的最終邊坡角,要同時(shí)滿足安全穩(wěn)定條件和開(kāi)采技術(shù)條件的要求。1.安全穩(wěn)定條件是指根據(jù)邊坡巖體的性質(zhì),通過(guò)穩(wěn)定性分析計(jì)算,確定能保證邊坡穩(wěn)定的邊坡傾角。在境界設(shè)計(jì)階段,一般是
11、參照類似礦山實(shí)踐資料選取穩(wěn)定的邊坡角,并用已有資料對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行初步分析和簡(jiǎn)要計(jì)算。在本次設(shè)計(jì)中,根據(jù)國(guó)內(nèi)部分露天鐵礦的經(jīng)驗(yàn)值,上下盤的最終邊坡角取值范圍為4248由于考慮到該礦床圍巖堅(jiān)硬系數(shù)為8,屬于中等穩(wěn)固,初步設(shè)計(jì)為45。2.開(kāi)采技術(shù)條件是指按邊坡的構(gòu)成要素確定最終邊坡角。露天礦最終邊坡由最終臺(tái)階,即非工作臺(tái)階組成(下圖所示),其水平部分,即最終平臺(tái),按作用不同分為安全平臺(tái)、清掃平臺(tái)和運(yùn)輸平臺(tái)。圖2-2最終邊幫組成 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,較窄的安全平臺(tái)和清掃平臺(tái)在鄰近邊坡爆破時(shí)常遭破壞,以致不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。因此,近年來(lái)國(guó)內(nèi)外不少礦山采用預(yù)裂爆破并段,即把23個(gè)臺(tái)階的坡面有控制地連成一體,然后
12、設(shè)置一個(gè)寬度達(dá)812m的清掃平臺(tái),以便能有效地發(fā)揮攔截和清掃落石的作用。如果邊坡穩(wěn)定性較差,要求的邊坡角較緩,則不宜并段。最終臺(tái)階坡面角a,安全平臺(tái)、清掃平臺(tái)、運(yùn)輸平臺(tái)和出人溝的寬度a、b、c和d,以及相應(yīng)平臺(tái)數(shù)n1、n2、n3和n4,臺(tái)階高度h等參數(shù)確定之后,符合開(kāi)采技術(shù)條件的最終邊坡角可用下式計(jì)算: =100/(36.4+66)=0.9765解得 =44對(duì)于此次設(shè)計(jì)的急傾斜礦體,與按安全穩(wěn)定條件確定的最終邊坡角相差不大。故初步認(rèn)為設(shè)計(jì)合理。2.2.3開(kāi)采深度確定露天開(kāi)采境界的原則實(shí)質(zhì)上是確定露天礦開(kāi)采深度的理論依據(jù)。確定開(kāi)采深度的方法為方案分析法,具體操作步驟如下: 1.確定地質(zhì)橫斷面圖的
13、理論開(kāi)采深度。1)經(jīng)濟(jì)合理剝采比的計(jì)算nJH采用原礦成本比較法nJH=(CD-a)/b=(88-14.2)2.1/36.9=4.2 式中:nJH為經(jīng)濟(jì)合理剝采比 CD為地采礦石成本,取88.0,元/t a為露天開(kāi)采采礦費(fèi)用,取14.2,元/t b為露天開(kāi)采剝離費(fèi)用,取36.9,元/m3上述數(shù)據(jù)來(lái)源于現(xiàn)代采礦手冊(cè),王云敏.北京.冶金工業(yè)出版社南芬鐵礦1979年汽車運(yùn)輸方式的數(shù)據(jù),考慮到資金的時(shí)間價(jià)值,均取原始數(shù)據(jù)的10倍。 為礦石體重,取2.1m3/tnJ的算法采用面積比法(設(shè)計(jì)中所用到的面積均由計(jì)算機(jī)輔助軟件CAD量?。?) 繪制nJ-H關(guān)系曲線開(kāi)采深度是根據(jù)某種剝采比小于等于經(jīng)濟(jì)合理剝采比來(lái)
14、確定的,在此次設(shè)計(jì)中選用nJnJH。(nJ為境界剝采比) 圖2-3 面積比法求境界剝采比根據(jù)露天開(kāi)采境界每下降單位深度(H)時(shí)所引起的巖石增量V與礦石增量A之比,即 nJ = V/A,計(jì)算出不同地質(zhì)橫斷面圖各個(gè)深度的境界剝采比,然后繪制不同地質(zhì)橫斷面的nJ-H關(guān)系曲線如下。 圖2-4 1#4#nJ-H曲線3)分析nJ-H關(guān)系曲線分析以上各地質(zhì)橫斷面圖,過(guò)nJ軸做平行于H軸的剝采比為4.2的直線交與nJ-H曲線,再過(guò)交點(diǎn)做垂直于H軸的直線相交與H軸,交點(diǎn)的H值即為該斷面的理論開(kāi)采深度。按照此方法得出1#勘探線理論開(kāi)采深度為95m,2#勘探線理論開(kāi)采深度為115m,3#勘探線理論開(kāi)采深度為115m
15、,4#勘探線理論開(kāi)采深度為72m。2.在地質(zhì)縱斷面圖上調(diào)整露天礦底部標(biāo)高將上述得到的各點(diǎn)相連接,得出一條不規(guī)則的深度折線,為調(diào)整前的開(kāi)采深度。為了有利于開(kāi)采和布置運(yùn)輸線路,露天底部應(yīng)調(diào)成統(tǒng)一標(biāo)高,特別的當(dāng)?shù)V體埋藏深度沿走向相差較大時(shí),而深部長(zhǎng)度又能 滿足開(kāi)拓運(yùn)輸布線時(shí),露天底部可調(diào)成梯段形,即多個(gè)底。 圖2-5在地質(zhì)縱斷面圖上調(diào)整露天礦底平面標(biāo)高 如上圖所示,在滿足調(diào)整原則的前提下初步設(shè)定開(kāi)采深度為100m,此時(shí)圈入礦巖量和圈出礦石量在誤差允許的范圍內(nèi)認(rèn)為相等。2.3圈定露天礦底部周界2.3.1各橫剖面底部周界位置的確定在露天底部平面圖上各剖面線上確定底部位置,每個(gè)剖面一般得到兩個(gè)點(diǎn)。2.3.
16、2確定端幫位置實(shí)質(zhì)是在走向上確定露天開(kāi)采境界,以便減少露天礦兩個(gè)端幫巖石量對(duì)露天開(kāi)采經(jīng)濟(jì)效益的影響。也就是安端幫nJnJH的原則,把不符合要求的少量端部礦體及其對(duì)應(yīng)的大量端部巖石圈出開(kāi)采境界。如下圖所示為縱斷面圖,k為礦體走向末端位置,假如a為能滿足上述原則要求的端幫坡面位置,則Ly為圈出的端部礦體長(zhǎng)。端幫境界剝采比等于端幫在垂直面A-A上巖石投影面積與礦石投影面積的比值。 圖2-6礦體走向兩端確定端部位置 具體方法為,在確定的最低水平上移動(dòng)a點(diǎn),的出不同的nJ和Ly值,然后做出nJ-Ly曲線,則曲線與nJH水平線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Ly值即為礦體圈出長(zhǎng)度1.東部端部位置的確定按上述方法得出下圖 圖2
17、-5東部端幫nJ-H曲線 根據(jù)上圖表可得,當(dāng)?shù)V石圈出長(zhǎng)度為60m時(shí)nJ = nJH = 4.2故,東端幫位置為距礦體端部向中間圈出礦體長(zhǎng)度60m。2.西部端部位置的確定同理,得出下圖 圖2-5西部端幫nJ-H曲線 由于在西端礦體較薄,當(dāng)圈出礦體長(zhǎng)度為78m時(shí)nJ =4.1 nJH = 4.2故西端幫位置為距礦體端部向中間圈出礦體長(zhǎng)度85m。2.3.3連成礦體底部周界將通過(guò)上述得到各點(diǎn)連接成一條光滑的線,即得到底平面周界,經(jīng)驗(yàn)證,彎曲部分滿足運(yùn)輸線路曲線半徑要求,底部長(zhǎng)度也滿足設(shè)置運(yùn)輸線路的要求,故認(rèn)定圈定合理。2.4圈定結(jié)果根據(jù)地質(zhì)、地形條件及上述境界圈定的原則及參數(shù),設(shè)計(jì)圈定開(kāi)拓運(yùn)輸方案的露
18、天開(kāi)采境界。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,境界圈定結(jié)果見(jiàn)表四。表四: 露天開(kāi)采圈定結(jié)果表序號(hào)項(xiàng) 目單位一地質(zhì)賦存情況1礦體長(zhǎng)m3002礦體厚(最大)m603礦體傾角度70二境界參數(shù)1臺(tái)階高m102臺(tái)階坡面角度703安全平臺(tái)寬度m64清掃平臺(tái)寬度m105運(yùn)輸(公路)平臺(tái)寬度m9三境界圈定的結(jié)果1境界尺寸:上口(長(zhǎng)寬)m3642732境界尺寸:下口(長(zhǎng)寬)m162223最終邊坡角度3.1下盤度47.83.2上盤度32.53.礦床開(kāi)拓3.1主要設(shè)備選擇及主要參數(shù) 本次設(shè)計(jì)采用額定載重為20t的自卸式汽車,鏟斗容積為4m3的電鏟,相關(guān)主要工作參數(shù)如下表汽車序號(hào)性 能單位車型1額定載重t202自 重t15.63總 重
19、t35.64車廂容積 (平裝/堆裝)m310.7/135車廂尺寸長(zhǎng)mm48406寬mm26207高mm10008外型尺寸長(zhǎng)mm76109寬mm290910高mm311011發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)康明斯NT-855-C25012發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率kW18613最小轉(zhuǎn)彎半徑m914最大爬坡度%2915最高車速km/h5016百公里油耗升7217價(jià) 格萬(wàn)元4118型 號(hào)北京BJZ336419制 造 廠北京重型汽車制造廠鏟運(yùn)機(jī)主要性能參數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)斗容 4-5m3 主電機(jī)功率 250kW 提升速度 0.855m/s 最大挖掘半徑 14.3m 推壓速度 0.53m/s 最大挖掘高度 10.1m 行走速度 0.43km/h
20、最大卸載半徑 12.65m 最大提升力 480kN 最大卸載高度 6.3m 最大推壓力 230kN 挖掘深度 3.2m 最大爬坡角度 12度 工作重量 202t 平均比壓 243kPa 理論生產(chǎn)率 572m3/h 3.2開(kāi)拓方案1)露天礦床開(kāi)拓是露天礦設(shè)計(jì)中帶有全局性的一個(gè)重要問(wèn)題,對(duì)礦山建設(shè)和生產(chǎn)具有重大影響。一方面受露天開(kāi)采境界的影響,另一方面還影響基建工程量、基建投資和基建時(shí)間,影響礦山的生產(chǎn)能力、礦石損失和貧化、生產(chǎn)的可靠性和均衡性以及生產(chǎn)成本等。開(kāi)拓系統(tǒng)一旦形成,則不易改變。否則會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)許多困難,還會(huì)造成經(jīng)濟(jì)上的重大損失。因此,正確選定開(kāi)拓方法是十分重要的。確定礦床開(kāi)拓方法,必須
21、遵照黨和國(guó)家關(guān)于礦山建設(shè)的方針、政策,依據(jù)礦床賦存的地形地質(zhì)條件,綜合考慮各方面的因素,經(jīng)全面分析比較后方能選定合理的開(kāi)拓方案。2)開(kāi)拓方法選擇的原則(1)礦山建設(shè)速度必須滿足國(guó)家的要求,保證投產(chǎn)早,達(dá)產(chǎn)快;(2)生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單可靠,設(shè)備選擇應(yīng)因地制宜,中小型礦山盡量采用本地區(qū)能制造的設(shè)備;(3)工程量少,施工方便;(4)不占良田,少占耕地,并有利于改地造田;(5)基建投資少,特別是初期投資少;(6)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)費(fèi)用低。根據(jù)上述原則在本次設(shè)計(jì)中采用上盤固定坑線開(kāi)拓,直進(jìn)-折返布線3) 開(kāi)拓設(shè)計(jì)部分參數(shù)的確定設(shè)計(jì)臺(tái)階高度為10m,坡度要求為8%,計(jì)算得出展線長(zhǎng)度為125m;最小轉(zhuǎn)彎半徑由汽車性能參數(shù)表取9m;鏈接平
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