井下探放老空水技术要求.pdf

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附件一 井下探放老空水技术要求井下探放老空水技术要求 1.1.老空水探放原则老空水探放原则 对于采掘工作面受老空水害影响的矿井,应当坚持“预测预 报、探掘分离、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则进行探 放水。 除了要遵循上述原则外,探放老空水还应遵循以下具体原则 (1)主动探放的原则。当老空区上方(地面或井下)不存在 重要建筑物、老空水与地表水体及煤系含水层水力联系不密切, 老空积水体压覆的大量煤炭资源急待开采时,应采取主动探放原 则,将该部分老空区积水疏干,以彻底解除水患。 (2)先隔离后探放的原则。包括两种情况一是老空区水与 地表水有密切水力联系,接受降水和地表水补给;或老空区的积 水量大,不易疏干。为避免矿井增加长期排水费用,应先设法隔 断老空积水补给源或减少老空区补给水量,然后再进行探放水。 二是煤层松散或节理发育,采掘工作已邻近积水区,直接探放水 有安全隐患时,应先修筑隔水墙,并预埋套管,在墙外进行探放水。 如果隔断老空区补给水源有困难而无法进行有效的疏放,必 须留设防水煤岩柱,与生产区隔开,待条件成熟后再进行处理。 (3) 先降压后探放的原则。 对水量大、 水压高的老空积水区, 3 应本着从高处向低处分段、逐步探放的原则,降低老空区水压; 或先从煤层顶底板岩层打放水钻孔,把水压降至安全值后,然后 再沿煤层打探水钻孔。 (4)先堵后探放的原则。当老空区积水与强含水层水或其他 水体存在密切的水力联系,且补给量较大时,应先封堵老空水与 其他水体的水力联系通道,然后再进行探放水。 2.2.老空水老空水““三线三线”” 当采掘工作面接近老空积水区时,为防止老空水透水,确保 采掘工作和人身安全,需将老空积水区的积水范围、水位标高、 积水量等资料填绘在采掘工程图上。经过分析划出三条界线,即 积水线、探水线、和警戒线,简称“三线” (图 1) 。 积水线(采空边界) 探水线 警戒线 430m 440m 450m 460m 470m 480m 490m 500m12 3 图1 积水线、探水线和警戒线示意图 1积水线(采空边界) ;2探水线;3警戒线 积水线积水线即老空区、小窑采空区的积水范围。是根据地质调 查、物探、钻探等探查结果圈定的老空积水边界线。 探水线探水线根据积水区的位置、范围、地质及水文地质条件及 4 其资料可靠程度、采空区和巷道受矿山压力破坏情况等因素确定。 具体有如下规定 (1)探水线应根据积水区的位置、范围、水文地质条件及其 资料的可靠程度,以及采空区、巷道受矿山压力的破坏情况等因 素确定。 (2)对本矿开采所造成的老空、老巷、水窝等积水区,其边 界位置准确,水压不超过 1MPa,探水线至积水线的最小距离为 在煤层中不得少于 30m,在岩层中不得少于 20m。 (3)对本矿井的积水区,虽有图纸资料,但不能确定积水边 界时,探水线至推断的积水线的最小距离不得少于 60m。 (4)对有图纸资料可查的老窑,探水线至老窑边界的最小距 离不得少于 60m。对没有图纸资料可查的老窑,可根据本矿井已了 解到的小窑开采最低水平,作为预测的可疑区,必要时可先进行 物探控制可疑区,再由可疑区向外推 100m 作为探水线。 警戒线警戒线图纸资料可靠的由探水线外推不少于 30m 作为警戒 线;有一定图纸资料参考的外推不少于 50m 作为警戒线,资料依 靠调查分析判断的外推不少于 80m 作为警戒线。 3 3. .探放水设计探放水设计 探水前必须编制探放水设计,探放水结束后,必须有探放水 工作总结。探放水设计编制内容包括 (1)探放水区老空积水情况。包括老空积水范围、积水量、 水头高度(水压) 、补给量,老空与上、下采空区、相邻积水区、 5 地表河流、建筑物及断层构造的关系,积水区与含煤地层及上下 含水层的水力联系等,确定探水线。 (2)探放水区地质、水文地质条件。 (3)探放水区巷道的布置、施工次序、规格和支护形式等。 (4)探放水钻孔组数、个数、孔径、方位、倾角、深度,套 管长度、壁厚,施工技术要求及采用的超前距与帮距。 (5)探放水施工设备、钻具等。 (6)探放水施工安全技术措施。包括钻机运输安装、钻探操 作的安全措施、受老空水等威胁地区信号联系和避灾路线的确定、 施工现场的通风措施和瓦斯检查制度、钻孔放水措施、通讯方法 和工具、机电管理及避灾路线等。 (7)防排水设施,如水闸门、水闸墙及水仓、水泵、管路和 水沟等,排水系统能力、排水设备的维护、泄水线路的清理制度等。 (8)施工工程图纸老空水体位置、老空积水区与现采掘工 作面的关系图、探放水钻孔布置的平面图、剖面图及钻孔施工位 置图、避灾路线图等。 (9)其他应在探放水设计中明确的内容。 4 4. .探放老空水的内容和要求探放老空水的内容和要求 4 4.1.1 施工准备施工准备 1)探放水前的检查工作 (1)检查排水系统。准备或清理好水沟、水仓;检查排水管 路、排水泵及电动机,确保排水系统正常运转,达到设计的最大 排水能力。 6 (2)检查瓦斯。矿井必须按管理制度定时进行瓦斯检查,瓦 斯浓度超过安全规定时应停止工作,及时加强通风。 (3)检查支护情况。矿井井下探放水施工巷道现场发现有松 动或破损的支护要及时修整或更换,并仔细检查帮顶是否背好。 (4)检查煤壁。矿井井下探放水施工现场的煤壁有松软或膨 胀等现象时,要及时处理,闭紧填实,必要时可打上木垛,防止 水流冲垮煤壁,造成事故。 (5)检查避灾路线。矿井井下探放水施工过程中,设计的避 灾路线内不许有煤炭、木料、煤车等阻塞,要时刻保证畅通无阻。 2)探放水前的准备工作 安装钻机探水前,必须遵守以下规定 (1)加强钻孔附近的巷道支护,并在工作面迎头打好坚固的 立柱和拦板。在探水地点应备用一定数量的坑木、麻袋、木塞、 木板、黄泥、棉线、锯和斧等,以便探放水过程中意外出水或钻 孔水压突然增大时及时处理。 (2)清理巷道,挖好排水沟。探水钻孔位于巷道低洼处时, 配备与探放水量相适应的排水设备; (3)在打钻地点或其附近安设专用电话; (4)依据设计,确定探水孔位置时,由测量人员进行标定。 负责探放水工作的人员亲临现场,共同确定钻孔的方位、倾角、 深度和钻孔数量; (5)在预计水压大于 0.1MPa 的地点探水时,必须预先固结 套管。套管口安装闸阀,套管深度在探放水设计中规定。预先开 7 掘安全躲避硐,制定包括撤人的避灾路线等安全措施,并使每个 作业人员了解和掌握; (6)钻孔内水压大于 1.5MPa 时,采用反压和有防喷装置的 方法钻进,并制定防止孔口管和煤(岩)壁突然鼓出的措施。 4 4.2.2 老空水积水量估算老空水积水量估算 或 式中W老空积水量,m 3; M采厚,m; a老空走向长度,m; h老空垂高,m; F老空区水平面积,m 2; α煤层倾角, () ; K老空的充水系数,一般老空区取 0.3-0.5,煤巷取 0.5-0.8,岩巷取 0.8-1.0。 4 4.3.3 探水线内钻孔布置探水线内钻孔布置 1)超前距、允许掘进距离、帮距和密度的确定(图 2) 。 孔间距 安全外围线 应小于老空宽度 外斜眼 中眼 帮距 探水终孔位置 超前距允许掘进距离 图图 2 探水钻孔的超前距、帮距和允许掘进距离示意图探水钻孔的超前距、帮距和允许掘进距离示意图 8 a sin KM h W   cos KMF W   探放老空水超前距、 帮距需满足前述规定, 另外也可按以下公 式计算确定。 (1)超前距 按下式计算 a0.5AL 式中a超前距(或帮距) ,m; A安全系数,一般取 2~5; L巷道的跨度(宽或高取其大者) ,m; P水头压力,MPa; Kp煤的抗张强度,MPa,可由试验测定。一般采用 0.2~ 1.4MPa,在无实测资料时可供参考。 (2)允许掘进距离 指经探水后,证实无水害威胁,可以安全掘进的长度。 (3)帮距 指扇形布置的最外侧探水孔所控制的范围与巷道帮的距离, 其 值一般应与超前距相同,有时可略比超前距小 1-2m。 (4)钻孔密度(孔间距) 指到允许掘进距离的终点处的探水钻孔之间的间距。间距的 大小视具体情况而定,一般不得超过 3m。 2)探水钻孔布置方式。 (1)针对三线管理规定中“警戒线、探水线、积水线”不同 范围内的钻孔设计原则,因水患威胁不同,结合现场的可操作性 和实际经济效果等综合因素考虑,应分三种情况进行分别设计。 9 3 p p k 探水钻孔的布置方式、数量和夹角大小可参见表 1。 ①①在警戒线圈定以外区域,按照掘进钻探“有掘必探”工作 要求,实行基本钻探方式。 薄煤层薄煤层设计钻孔成扇形布置,按照超前距离控制至少 30m, 帮距控制至少20m 的要求, 探放水钻孔布置按照至少3 个进行设计。 厚煤层厚煤层设计钻孔成扇形布置,按照超前距离控制至少 30m, 帮距控制至少 20m 的要求,探放水钻孔布置按照至少 4 个进行设 计。即在薄煤层钻孔设计基础上,在垂直方向上增加 1 个钻孔。 ②②在警戒线以内、探水线以外的过渡区域,应按照资料掌握 的可靠程度,结合地面、井下物探成果,针对性的进行钻孔方案 设计,原则上要比情况 1 方案设计钻孔数多、比情况 3 方案设计 钻孔数少,应按照山西省掘进钻探“有掘必探”工作要求,实行 有针对性的钻探方式。参考方案(以钻孔设计 60m 为例) 。 薄煤层薄煤层煤层赋存方向应至少应布置 5 个探放水钻孔(见图 1) 。 图 1 10 厚煤层厚煤层应至少布置 8 个探放水钻孔,煤层赋存方向布置 5 个孔,垂直方向的前进方向布置 3 个孔。巷道沿煤层顶板正常掘 进时,3 个垂直方向钻孔应探至煤层底板(见图 2) ;巷道沿煤层 底板正常掘进时,3 个垂直方向钻孔应探至煤层顶板(见图 3) 。 图2 图3 11 ③③在探水线以内区域,按照探放老空水管理工作要求进行钻 孔设计,一般在终孔位置处横向钻孔间距不得超过 3m,纵向孔间 距不得超过 1.5m。 12 表表 1探水钻孔布置方式探水钻孔布置方式 煤层 厚薄 探水孔布置方式孔数钻孔水平夹角钻孔倾角 薄 煤 层 钻孔呈扇形布置, 布置在巷道前方 4 图31-13-2 安全外围线 安全外围线 允许掘进距离超前距 2 4 2 1 1 33 5 3 在警戒线圈定以外 区域, 实行基本钻探 方式 一般水平布置 3 个钻孔。 3 2 1 按地层产状换 算而定 在警戒线以内、 探水 线以外的过渡区域, 适当加密钻孔布置 一般水平布置 5-7 个钻孔。 3 2 1 图31-13-3 45 分大夹角与小 夹角两种, 前者 钻 孔 夹 角 7~ 15后者 1~3, 视小窑老空的 规模而定。 老空 规模大取大夹 角,反之,取小 夹角 在探水线以内区域, 一般在终孔位置处 横向钻孔间距不得 超过 3m,纵向孔间 距不得超过 1.5m。 124 3 5 13 厚 煤 层 钻孔在水平及垂向方向上呈扇形 布置,布置在巷道前方 4 图31-13-2 安全外围线 安全外围线 允许掘进距离超前距 2 4 2 1 1 33 5 3 在警戒线圈定以外 区域, 实行基本钻探 方式 一般布置 4 个孔,按照巷道沿顶底板掘进 方式,分别有一个钻孔探至煤层顶、底板 3 21 4 3 21 4 分大夹角与小 夹角两种, 前者 钻 孔 夹 角 7~ 15后者 1~3, 视小窑老空的 规模而定。 老空 规模大取大夹 角,反之,取小 夹角 按地层产状换 算而定 在警戒线以内、 探水 线以外的过渡区域, 适当加密钻孔布置 一般布置 8 孔,分别有 3 个钻孔探至煤层 顶、底板 32 14 5 6 7 8 3 21 7 4 5 68 在探水线以内区域, 一般在终孔位置处 横向钻孔间距不得 超过 3m,纵向孔间 距不得超过 1.5m。 3 2 1 4 5 14 (2) 在水压高、 水量大或煤层松软、 节理裂隙发育的情况下, 煤层中打钻不安全,应采用隔离式探水。隔离式探水有三种类型, 其使用条件及钻孔布置参考表 2。 表表 2 隔离式探水类型及使用条件隔离式探水类型及使用条件 探水类型使 用 条 件钻孔布置示意图说明 专门探水石 门探水 积 水 区 水 压 高 ( 水 头100m),水量大、附 近又无巷道可以利用时, 由煤层向岩层中掘石门并 应使石门与积水煤层之间 距离不小于20m 石门 积水 图31-14-1 应选择安全、经济、 合理的位置施工放 水石门 墙外探水 煤层松散或节理发育,采 掘工作已邻近积水区时, 应先修筑隔水墙,并预埋 套管,在墙外进行探放水 图31-14-2 水泥浆 隔水墙 水闸墙上预埋孔口 管, 其孔口安全装置 经试压达到设计要 求后,再探放水 隔层探水 煤层间距大于 20m,相邻 煤层又有探水和排水条件 时,可于相邻煤层的巷道 内向上方打探水孔 图31-14-3 老空积水 巷道水 必须埋好孔口安全 装置, 放水后应注意 钻孔堵塞, 防止重新 积水 注在开采煤层群而导致多煤层重叠积水时,也可以从地面向预测积水区下边界打探水孔,将积水串联,同时放出。 (3)探放水应采用深孔、中深孔和浅孔相结合的方式(见图 3) 。 每次探放水应打三个深孔(中眼和两个外斜眼) ,只要不脱离 煤层应尽量打深。由于外斜眼深度大,控制的帮距也大,可保继 续探水掘进时安全。中深孔布置在三个深孔之间或外斜眼外侧, 孔深要满足超前距、帮距和孔间距的要求。 薄煤层探水时,钻孔先穿过煤层至顶底板,然后布置浅孔沿 煤层钻进,钻孔深度根据需要确定。 15 厚煤层或急倾斜煤层的探放水钻孔,不仅平面上布置成扇形, 剖面上也应布置成扇形,以防漏掉老空巷道。 12 3 1 C1 C2 A2 D2 A1 1 D B 图3 深孔、中深孔和浅孔相结合探放水示意图 1-深孔;2-中深孔;3-浅孔 A1、A2-第一、第二次超前距;B1-帮距;C1、C2-第一、第二次孔间距;D1、D2-第一、第二次允许掘进距离。 3)孔口安全装置 放水钻孔都必须使用孔口安全装置,其施工和安装程序如下 (1)选择煤、岩层坚硬完整的地段开孔,孔径应比孔口管直 径大 1~2 级, 钻至预定深度(视水压高低和煤岩层强度而定) 后, 将孔内冲洗干净。 (2)向孔内注入水泥浆,将预先准备好的孔口管(末端应塞 以木塞)放入孔内,待水泥浆凝结后,即可在孔口管内钻进。另 一种方法是将孔口管插入孔内后,在孔口用水玻璃和水泥将孔口 管固定并封死,在管的上方另留一个小管,而后从孔口管内向四 周压入水泥浆,开始从小管跑出空气和水,待跑出浓水泥浆时即 将小管封死,继续向孔口管内压入水泥浆,至一定压力后停止注 16 浆,关闭孔口管闸阀,待水泥浆凝固,如图 4。 孔口管 小管 挤水泥浆 固定孔口管之水泥 图图 4 探放水孔孔口管安装示意图探放水孔孔口管安装示意图 (3)水泥浆固结不小于 48 小时后扫孔,待深度达到原孔深 后,向孔内压水,试验压力大于孔口管末端承受静水压力的 1.5~ 2 倍,孔口管牢固不动,周围没有渗漏水现象,说明合乎要求,否 则重新注浆加固。 (4)为了安全目的,还应在孔口管上安装水压表、闸阀等。 完整的探放水孔孔口管安全装置如图 5。 12 3 4 5 6 7 8 9 图图 5探放高压水的孔口安全装置示意图(水压大于探放高压水的孔口安全装置示意图(水压大于 1.0MPa 时用)时用) 1-孔口管;2-肋骨片(间距 120绕套管焊接) ;3-孔口止水麻线(内扎风钻用水针) ;4-水针;5-法兰盘;6-三通; 7-压力表三通;8-泄水闸;9-锚杆。 17 (5)对水压高于 1.0MPa、且水量较大的积水或强含水层进行 探放水时,孔口应安装防喷逆止阀,以免高压水顶出钻杆,喷出 碎石伤人,如图 6。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 接 钻 机 图6 防喷逆止阀安装示意图 1-孔口管加压螺栓;2-孔口立柱;3-固定管卡;4-钻头;5-岩芯管;6-φ42mm 钻杆;7-防喷立柱;8-挡水板;9-逆止 阀固定盘;10-弹簧架;11-弹簧;12-轮轴;13-偏心轮;14-制动手把;15-制动卡瓦。 安装防喷逆止阀时应注意①①防喷立柱必须切实打牢,它与 防喷挡水板用螺钉固定,挡水板上留有钻杆通过的圆孔;②②逆止 阀固定盘与挡板用固定螺钉连接;③③在打倾斜孔时,逆止阀固定 盘与挡板之间有不同的夹角,可用木楔夹紧;打水平孔时二者重 叠(夹角为零)固定;打垂直孔时可直接与孔口水门法兰盘连接; ④④孔内遇高压水强烈外喷并顶钻时,用逆止阀制动手把控制钻杆 18 徐徐退出拆卸。当岩芯管离开孔口闸阀后,立即关闭孔口闸阀, 让高压水沿三通泄水阀喷向安全地点; ⑤⑤当积水为 PH 值5 的酸性 水放水时间又较长时,孔口安全装置应涂敷防腐漆或沥青,以防 腐蚀;必要时用铜或不锈钢材料制造孔口安全装置。 4)放水钻孔孔径及孔数的确定。 (1)钻孔孔径 放水钻孔终孔孔径应根据煤层的坚硬程度,放水孔深度等因 素确定。如煤层坚硬系数较大,钻孔较深,可选用稍大一点的孔 径;反之,则选较小孔径。在生产实践中常采用的孔径为 54mm, 60mm,75mm,一般不超过 75mm,以免因流速过高,冲垮煤柱。 (2)钻孔孔数的确定 A.单孔出水量估算 q3600Cω 2gH 式中q单孔出水量,m 3/h; C流量系数,其值与孔壁的粗糙度、孔径大小、钻孔深度 等因素有关,可由试验得出,无资料时可用 0.6~0.7; ω钻孔断面积,m 2; g重力加速度,9.81m/s 2; h钻孔出口处水头高度,m,随着积水的放出,其水头高度 将逐渐降低,为简便计算钻孔的平均放水量,可用钻孔出口处最 大水头高度的 40-50 B. 平均放水量计算 19 式中 cp Q平均放水量,m 3/h; W静储量或老空总积水量,m; 3 t计划放水期限,h; Q补补给量,m 3/h。 C. 钻孔孔数计算 式中N放水钻孔孔数; K备用孔个数,一般取 1~2 个。 5) 探水线外探放水钻孔布置参照探水线内探放水钻孔布置适 当减少,但掘进中心水平上不得少于 3 个孔、在垂向上每 1.5 米 至少布置一个探放水孔。 4 4. .4 4 探水与掘进配合探水与掘进配合 受水害威胁的地区,必须与掘进施工管理相配合,才能取得 良好的放水效果。 (1)双巷掘进交叉探水上山巷道三面受水威胁,一般应采 取双巷掘进,交叉探水(图 7) 。双巷之间每隔 30~50m 掘一联络 巷,作为安全躲避地点,同时在联络巷中设挡水半墙,以便其中 一条上山出水时,水不会窜到另一条上山中去。探水钻孔布置成 扇形,甲上山探水,乙上山掘进;乙上山探水,甲上山掘进,相 互掩护。 20 cp W QQ t = 补 cp Q NK q  山 上 甲 墙 半 山 上 乙 联络巷 30~50m 23 探水钻孔 小窑老空 图图 7双巷掘进交叉探水示意图双巷掘进交叉探水示意图 (2)双巷掘进、单巷超前探水倾斜煤巷平巷掘进时,应采 用双巷掘进, 单巷超前探水, 钻孔布置成扇形, 两巷之间每隔 30~ 50m掘一联络巷,上方巷道探水,下方巷道作泄水巷(图 8) 。 副 巷 正 巷探 水 钻 孔 小 窑 老 空 25 图图 8 双巷掘进、单巷超前探水示意图双巷掘进、单巷超前探水示意图 (3)平巷和开切眼互相配合探水在煤层内,准备回采工作 面时,上风道应先探水掘进到位,再施工开切眼(图 9) 。这样既 减少开切眼掘进的危险性,又减少开切眼掘进时的探水工作量。 21 小窑老空 上风道 探水钻孔 工作面切眼 区 下顺槽 采 边 界 图9 平巷和开切眼互相配合探水示意图 (4)上山与下山互相配合探水下山巷道掘进,除防止迎头 和两帮来水外,还应特别注意背后来水。当上山巷道水害未消除 或正在探水时,下山巷道应停止掘进,待水害威胁消除后再继续 掘进(图 10) 。 上山探水 积水 下山巷道 图图 10上山和下山互相配合探水示意图上山和下山互相配合探水示意图 4 4. .5 5 探放老空水注意事项探放老空水注意事项 (1)探水钻孔超前距和止水套管长度应符合相应的要求。探 放老空积水的超前钻距,根据水压、煤(岩)层厚度和强度及安 全措施等情况确定,但最小水平钻距不得小于 30 m,止水套管长 度不得小于 10m。 (2)探水钻孔成组布设,并在巷道前方的水平面和竖直面内 22 呈扇形。在超前距和帮距范围内,钻孔终孔位置以满足平距 3m 为 准,厚煤层内各孔终孔的垂距不得超过 1.5 m; (3)煤层内探放水压高于 1MPa 老空积水时,可以先建筑防 水闸墙,并在闸墙外向内探放水; (4)上山探水时,一般进行双巷掘进,其中一条超前探水和 汇水,另一条用来安全撤人。双巷间每隔 30-50 m 掘 1 个联络巷, 并设挡水墙。 (5)在探放水钻进时,发现煤岩松软、片帮、来压或者钻眼 中水压、水量突然增大和顶钻等透水征兆时,应当立即停止钻进, 但不得拔出钻杆;应当立即向矿井调度室汇报,派人监测水情。 发现情况危急,应当立即撤出所有受水威胁区域的人员到安全地 点,然后采取安全措施,进行处理。 (6) 探放老空水前, 应当首先分析查明老空水体的空间位置、 积水量和水压。探放水孔应当钻入老空水体,并监视放水全过程, 核对放水量,直到老空水放完为止。当钻孔接近老空时,应当设 有瓦斯检查员或者矿山救护队员在现场值班,随时检查空气成分。 如果瓦斯或者其他有害气体浓度超过有关规定,应当立即停止钻 进,切断电源,撤出人员,并报告矿井调度室,及时处理。 (7)钻孔放水前,应当估计积水量,并根据矿井排水能力和 水仓容量,控制放水流量,防止淹井;放水时,应当设有专人监 测钻孔出水情况,测定水量和水压,做好记录。如果水量突然变 化,应当及时处理,并立即报告矿调度室。 23 5 5. .探放水施工安全措施探放水施工安全措施 (1)在有突然大量涌水情况下探水时,应在探水工作面附近 设临时水闸门。 (2)要经常检查探水工作面的瓦斯含量,发现有害气体喷出 应在加强通风的同时,用预先准备好的木塞、黄泥封堵孔口;或 停止工作,切断电源,将人员撤到新鲜风流地点。 (3)预先规定好联络信号、涌水时的对策及人员避灾路线。 (4)钻探过程中发现孔内显著变软或有水沿钻杆流出时,应 立即停钻检查。孔内水压很大时,应马上将钻杆固定,严禁移动 和起拔。钻机后面严禁人员正对钻杆站立。 24
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