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通风安全掘进通风

第八章掘进通风

在新建、扩建或生产矿井中，都需要开掘大量的井巷工程，以便准备开拓系统、新的采区及新的工作面。

在掘进巷道时，为了稀释并排出掘进工作面涌出的有害气体及爆破后产生的炮烟和矿尘，创造良好的气候条件，保证人员的健康和安全，必须不断地对掘进工作面进行通风，这种通风称为掘进通风或局部通风。

第一节　掘进通风方法

掘进通风方法按通风动力形式不同分为局部通风机通风、矿井全风压通风和引射器通风三种。

其中，局部通风机通风是最为常用的掘进通风方法。

一、局部通风机通风

局部通风机是井下局部地点通风所用的通风设备。

局部通风机通风是利用局部通风机作动力，用风筒导风把新鲜风流送入掘进工作面。

局部通风机通风按其工作方式不同分为压入式、抽出式和混合式三种。

⒈压入式通风

压入式通风如图8-1所示。

局部通风机和启动装置安设在离掘进巷道口10m以外的进风侧巷道中，局部通风机把新鲜风流经风筒送入掘进工作面，污风沿掘进巷道排出。

风流从风筒出口形成的射流属末端封闭的有限贴壁射流，如图8-2所示。

气流贴着巷道壁射出风筒后，由于吸卷作用，射流断面逐渐扩大，直至射流的断面达到最大值，此段称作扩张段，用L扩表示；然后，射流断面逐渐缩小，直至为零，此段称收缩段，用L收表示。

风筒出口至射流反向的最远

图8-1压入式通风图8-2有效贴壁射流

距离称为射流的有效射程，用L射表示。

一般有：

L射=（4~5）

，m（8-1）

式中S——巷道断面，m2。

在有效射程以外的独头巷道会出现循环涡流区，为了有效地排出炮烟，风筒出口与工作面的距离应小于有效射程L射。

压入式通风的优点是局部通风机和启动装置都位于新鲜风流中，不易引起瓦斯和煤尘爆炸，安全性好；风筒出口风流的有效射程长，排烟能力强，工作面通风时间短；既可用硬质风筒，又可用柔性风筒，适应性强。

缺点是污风沿巷道排出，污染范围大；炮烟从掘进巷道排出的速度慢，

需要的通风时间长。

适用于以排出瓦斯为主的煤巷、半煤岩巷掘进通风。

⒉抽出式通风

抽出式通风如图8-3所示。

局部通风机安装在离掘进巷道口10m以外的回风侧巷道中，新鲜风流沿掘进巷道流入工作面，污风经风筒由局部通风机抽出。

抽出式通风，在风筒吸入口附近形成一股流入风筒的风流，离风筒口越远风速越小，所以，只在距风筒口一定距离以内有吸入炮烟的作用，此段距离称为有效吸程，用L吸表示，一般情况下：

图8-3抽出式通风

L吸=1.5

，m（8-2）

式中　S――巷道断面积，m2。

在有效吸程以外的独头巷道循环涡流区，炮烟处于停滞状态。

因此，抽出式通风风筒吸入口距工作面的距离应小于有效吸程，才能取得好的通风效果。

抽出式通风的优点是污风经风筒排出，掘进巷道中为新鲜风流，劳动卫生条件好；放炮时人员只需撤到安全距离即可，往返时间短；而且所需排烟的巷道长度为工作面至风筒吸入口的长度，故排烟时间短，有利于提高掘进速度。

其缺点是风筒吸入口的有效吸程短，风筒吸风口距工作面距离过远则通风效果不好，过近则放炮时易崩坏风筒；因污风由局部通风机抽出，一旦局部通风机产生火花，将有引起瓦斯、煤尘爆炸的危险，安全性差。

在瓦斯矿井中一般不使用抽出式通风。

⒊混合式通风

混合式通风是一个掘进工作面同时采用压入式和抽出式联合工作。

其中压入式向工作面供新风，抽出式从工作面排出污风。

按局部通风机和风筒的布设位置不同分为长抽短压、长压短抽和长压长抽三种方式。

1）长抽短压。

其布置方式如图8-4（a）所示。

工作面污风由压入式风筒压入的新风予以冲淡和稀

图8-4　长抽短压通风方式

释，由抽出式风筒排出。

具体要求是：

抽出式风筒吸风口与工作面的距离应小于污染物分布集中带长度，与压入式风机的吸风口距离应大于10m以上；抽出式风机的风量应大于压入式风机的风量；压入式风筒的出口与工作面间的距离应在有效射程之内。

若采用长抽短压通风时，其中抽出式风筒须用刚性风筒或带刚性骨架的可伸缩风筒。

若采用柔性风筒，则可将抽出式局部通风机移至风筒入口，改作压入式，如图8-4（b）所示。

（2）长压短抽。

其布置方式如图8-5所示。

新鲜风流经压入式风筒送入工作面，

工作面污风经抽出式通风除尘系统净化，被净化的风流沿巷道排出。

抽出式风筒吸风口与工作面距离应小于有效吸程，对于综合机械化掘进，应尽可能靠近最大产尘点。

压入式风筒出风口应超前抽出式风筒出风口10m以上，它与工作面的距离应不超过有效射程。

压入式通风机的风量应大于抽出式通风机的风量。

混合式通风兼有抽出式与压入式通风的优点，通风效果好。

主要缺点是增加了一套通风设备，电能消耗大，管理也比较复杂；

图8-5　长压短抽通风方式

降低了压入式与抽出式两列风筒重叠段巷道内的风量。

混合式通风适用于大断面、长距离岩巷掘进巷道中。

煤巷综掘工作面多采用与除尘风机配套的长压短抽混合式。

《规程》规定，煤巷、半煤岩巷的掘进如采用混合式通风时，必须制订安全措施。

但在瓦斯喷出区域或煤（岩）与瓦斯突出煤层、岩层中，掘进通风方式不得采用混合式。

二、矿井全风压通风

矿井全风压通风，是直接利用矿井主通风机所造成的风压，借助风幛和风筒等导风设施将新风引入工作面，并将污风排出掘进巷道。

矿井全风压通风的形式有：

⒈利用纵向风幛导风

如图8-6所示，在掘进巷道中安设纵向风幛，将巷道分隔成两部分，一侧进风，

图8-6　风幛导风　　　　　　　　　　　图8-7　风筒导风

1－风幛；2－调节风门　　　　　　　　　　1－风筒；2－风墙；3－调节风门

一侧回风。

选择风幛材料的原则应是漏风小、经久耐用、便于取材。

短巷道掘进时可用木板、帆布等材料，长巷道掘进时用砖、石和混凝土等材料。

纵向风幛在矿山压力作用下将变形破坏，容易产生漏风。

当矿井主要通风机正常运转，并有足够的全风压克服导风设施的阻力时，全风压能连续供给掘进工作面风量，无需附加局部通风机，管理方便，但其工程量大，有碍于运输。

所以，只适用地质构造稳定、矿山压力较小、长度较短，或使用通风设备不安全或技术上不可行的局部地点巷道掘进中。

⒉利用风筒导风

如图8-7所示，利用风筒将新鲜风流导入工作面，工作面污风由掘进巷道排出。

为了使新鲜风流进入导风筒，应在风筒入口处的贯穿风流巷道中设置挡风墙和调节风门。

利用风筒导风法辅助工程量小，风筒安装、拆卸比较方便。

通常适用于需风量不大的短巷掘进通风中。

⒊利用平行巷道通风

如图8-8所示。

当掘进巷道较长，利用纵向风幛和风筒导风有困难时，可采用两

条平行巷道通风。

采用双巷掘进，在掘进主巷的同时，距主巷10～20m平行掘一条副巷（或配风巷），主副巷之间每隔一定距离开掘一个联络眼，前一个联络眼贯通后，后一个联络眼便封闭上。

利用主巷进风，副巷回风，两条巷道的独头部分，可利用风筒或风幛导风。

利用平行巷道通风，可以缩短独头巷道的长度，不用局部通风机就可保证较长巷道的通风，连续可靠，安全性好。

因此，平行巷道通

图8-8　平行巷道导风图8-9　钻孔导风

1－上山；2－钻孔

风适用于有瓦斯、冒顶和透水危险的长巷掘进，特别适用于在开拓布置上为满足运输、通风和行人需要而必须掘进两条并列的斜巷、平巷或上下山的掘进中。

⒋钻孔导风

如图8-9所示。

离地表或邻近水平较近处掘进长巷反眼或上山时，可用钻孔提前沟通掘进巷道，以便形成贯穿风流。

为克服钻孔阻力，增大风量，可利用大直径钻孔或在钻孔口安装风机。

三、引射器通风

利用引射器产生的通风负压，通过风筒导风的通风方法称为引射器通风。

引射器通风一般采用压入式，其布置方式如图8-10所示。

利用引射器通风的主要优点是无电器设备、无噪音。

水力引射器通风还能起降温、降尘作用。

在煤与瓦斯突出严重的煤层掘进时，用它代替局部通风机通风，设备简单，比较安全。

缺点是供风量小，需要水源或压气。

适用于需风量不大的短巷道掘进通风，也可在含尘量大、气温高的采掘机械附近，采取水力引射器与其它通风方法的混合式通风。

图8-10　引射器通风

1－风筒；2－引射器；3－水管（或风管）

第二节　局部通风设备

局部通风设备由局部通风动力设备、风筒及附属装置组成。

一、局部通风机

井下局部地点通风所用的通风机称为局部通风机。

掘进工作面通风要求通风机体积小、风压高、效率高、噪声低、性能可调、坚固防爆。

⒈局部通风机的种类和性能

1）JBT系列局部通风机

JBT系列局部通风机是目前煤矿中普遍使用的局部通风机，研制于上世纪六十年代，其全风压效率只有60%~70%，风量、风压偏低，噪声高达103~118dB（A），已逐渐被淘汰。

2）BKJ66－11系列局部通风机

图8-11　BKJ系列局部通风机结构图

1－前风筒；2－主风筒；3－叶轮；4－后风筒；5－滑架；6－电动机

BKJ66－11型矿用局部通风机是沈阳鼓风机厂生产的新型局部通风机，其结构如图8-11所示。

该系列通风机机号有№3.6、4.0、4.5、5.6、6.0、6.3等6个规格。

其性能特性曲线如图8-12所示，性能曲线参数表如表8-1所示。

BKJ66－11系列通风机的优点是：

效率高，最高效率达90%，且高效区宽，比JBT系列提高效率15～30%，耗电少；如用BKJ66－11№o4.5代替JBT52－2型，电动机功率可由11KW降至8KW；噪音低，比JBT系列局部通风机降低6～8dB（A）。

3）对旋式局部通风机

我国生产的对旋式局部通风机，其特点是噪音低、结构紧凑、风压高、流量大、效率高，部件通用化，使用安全，维修方便，根据不同通风要求，既可整机使用，又可分级使用，从而减少能耗。

图8-13是我国研制生产的FDII系列对旋轴流式通风机结构。

⒉局部通风机联合工作

1）局部通风机的串联

当在通风距离长、风筒阻力大，一台局部通风机风压不能保证掘进需风量时，可采用两台或多台局部通风机串联工作。

串联方式有集中串联和间隔串联。

若两台局部通风机之间仅用较短（1~2m）的铁质风筒连接称为集中串联，如图8-14（a）所示；若局部通风机分别布置在风筒的端部和中部，则称为间隔串联，如图8-14（b）所示。

局部通风机串联的布置方式不同，沿风筒的压力分布也不同。

集中串联的风筒全长均应处于正压状态，以防柔性风筒抽瘪，但靠近风机侧的风筒承压较高，柔性风筒容易胀裂，且漏风较大。

间隔串联的风筒承压较低，漏风较少，但两台局部通风机相距过远时，其连接风筒可能出现负压段，如图8-14（c），使柔性风筒抽瘪而不能正常通风。

2）局部通风机并联

当风筒风阻不大，用一台局部通风机供风不足时，可采用两台或多台局部通风机集中并联工作。

二、风筒

⒈风筒的类型

掘进通风使用的风筒分硬质风筒和柔性风筒两类。

1）硬质风筒

一般由厚2~3mm的铁板卷制而成，常见的铁风筒规格如表8-2。

铁风筒的优点是坚固耐用，使用时间长，各种通风方式均可使用。

缺点是成本高，易腐蚀，笨重，拆、装、运不方便，在弯曲巷道中使用困难。

铁风筒在煤矿中使用日渐减少。

近年来生产了玻璃钢风筒，其优点是比铁风筒轻便（重量仅为钢材的1/4），抗酸、碱腐蚀性强，摩擦阻力系数小，但成本比铁风筒高。

表8-2铁风筒规格参数表

风筒直径/mm

风筒节长/m

风筒壁厚/mm

垫圈厚/mm

风筒质量/kg▪m－1

400

2，2.5

23.4

500

2.5，3

28.3

600

2.5，3

34.8

700

2.5，3

2.5

46.1

800

2.5

54.5

900

2.5

60.8

1000

2.5

60.8

2）柔性风筒

主要有帆布风筒、胶布风筒和人造革风筒等。

常见的胶布风筒规格如表8-3所示。

柔性风筒的优点是轻便，拆装搬运容易，接头少。

缺点是强度低，易损坏，使用时间短，且只能用于压入式通风。

目前煤矿中采用压入式通风时均采用柔性风筒。

表8-3胶布风筒规格参数表

风筒直径/mm

风筒节长/m

风筒壁厚/mm

垫圈厚/mm

风筒质量/kg▪m－1

300

1.2

1.3

0.071

400

1.2

1.6

0.126

500

1.2

1.9

0.196

600

1.2

2.3

0.283

800

1.2

3.2

0.503

1000

1.2

4.0

0.785

随着综掘工作面的增多，混合式通风除尘技术得到了广泛应用，为了满足抽出式通风的要求，也为了充分利用柔性风筒的优点，带刚性骨架的可伸缩风筒得到了开发和应用，即在柔性风筒内每隔一定距离加一个钢丝圈或螺旋形钢丝圈。

此种风筒能承受一定的负压，可

用于抽出式通风，而且具有可伸缩的持点，比铁风筒使用方便。

图8-15（a）是用金属整体螺旋弹簧钢丝为骨架的塑料布风筒。

图8-15（b）为快速接头软带。

风筒直径有300、400、500、600和800mm等规格。

⒉风筒的阻力

计算公式依据第三章摩擦阻力计算公式得：

，pa

式中D——风筒直径，m。

同直径的风筒的摩擦阻力系数α值可视为常数，金属风筒的α值可按表8-4选取，玻璃钢风筒的α值可按表8-5选取。

表8-4金属风筒摩擦阻力系数

风筒直径／mm

200

300

400

500

600

800

α╳104/N·s2·m－4

44.1

39.2

34.3

29.4

24.5

表8-5JZK系列玻璃钢风筒摩擦阻力系数

风筒型号

JZK－800－42

JZK－800－50

JZK－700－36

α╳104/N·s2·m－4

19.6～21.6

8-6胶布风筒的摩擦阻力系数与百米风阻值

风简直径／mm

300

400

500

600

700

800

900

1000

α╳104/N·s2·m－4

R100/N·s2·m－8

412

314

14.7

6.5

3.3

2.0

柔性风筒和带刚性骨架的柔性风筒的摩擦阻力系数与其壁面承受的风压有关。

在实际应用中，整列风筒风阻除与长度和接头等有关外，还与风筒的吊挂维护等管理质量密切相关，一般根据实测风筒百米风阻作为衡量风筒管理质量和设计的数据。

在缺少实测资料时，胶布风筒的摩擦阻力系数α值与百米风阻R100可参用表8-6所列数据。

⒊风筒的漏风

正常情况下，金属和玻璃钢风筒的漏风，主要发生在接头处，胶布风筒不仅接头而且全长的壁面和缝合针眼都有漏风，所以风筒漏风属于连续的均匀漏风。

漏风使局部通风机风量Q通与风筒出口风量Q出不等。

因此，应该用始、末端风量的几何平均值作为风筒的风量Q，即:

，m3/min（8-3）

显然Q通与Q出之差就是风筒的漏风量Q漏，它与风筒种类，接头的数目、方法和质量以及风筒直径、风压等有关，但更主要的是与风筒的维护和管理密切相关。

反映风筒漏风程度的指标参数如下：

1）漏风率

风筒漏风量占局部通风机工作风量的百分数称为风筒漏风率η漏。

（8-4）

η漏虽能反映风筒的漏风情况，但不能作为对比指标。

故常用百米漏风率η漏100表示：

（8-5）

式中L——风筒全长，m。

一般要求柔性风筒的百米漏风率达到表8-7的数值。

表8-7柔性风筒的百米漏风率

通风距离/m

<200

200～500

500～1000

1000～2000

>2000

η漏100/%

<15

<10

<1.5

2）有效风量率

掘进工作面风量占局部通风机工作风量的百分数称为有效风量率p有效。

（8-6）

3）漏风系数

风筒有效风量率的倒数称为风筒漏风系数p漏。

金属风筒的p漏值可按下式计算：

（8-7）

式中K——相当于直径为1m的金属风筒每个接头的漏风率。

法兰盘加草绳垫圈连接时，

K=0.002～0.0026m3/s

；加胶质垫圈连接时，K=0.003～0.0016

m3/s

。

D——风筒直径，m；

n——风筒接头数，个；

R0——每米风筒的风阻，Ns2/m8；

L——风筒全长，m。

柔性风筒的p漏值可用下式计算：

（8-8）

式中n——风筒接头数，个；

η接——每个接头的漏风率，插接时η接=0.01～0.02；螺圈反边接头时η接=0.005。

第三节掘进工作面风量计算

掘进工作面需风量，应满足《规程》对作业地点空气的成分、含尘量、气温、风速等规定要求，按下列因素计算。

一、排出炮烟所需风量

⒈压入式通风

当风筒出口到工作面的距离L压

L射=（4~5）

时，工作面所需风量或风筒出口的风量Q需应为：

Q需=

，m3/min（8-9）

式中t──通风时间，一般取20~30min；

A──同时爆破炸药量，kg；

b──每kg炸药产生的CO当量，煤巷爆破取100L/kg，岩巷爆破取40L/kg；

S──巷道断面积，m2；

L──巷道通风长度，m；

P漏──风筒始、末风量之比，即漏风系数；

C碳──氧化碳浓度的允许值，%，C碳=0.02%。

⒉抽出式通风

当风筒末端至工作面的距离L抽≤L吸=1.5

时，工作面所需风量或风筒入口风量Q需应为：

Q需=

，m3/min（8-10）

式中L抛──炮烟抛掷长度，m。

电雷管起动时，L抛=15+A/5。

⒊混合式通风

采用长抽短压混合式布置时，为防止循环风和维持风筒重叠段巷道具有最低的排尘或稀释瓦斯风速，则抽出式风筒的吸风量Q入应大于压入式风筒出口风量Q出，即：

Q入=（1.2~1.25）Q出

或Q入=Q出+60vS，m3/min（8-11）

式中v──最低排尘风速0.15~0.25m/s，瓦斯释放最低0.5m/s风速；

S──风筒重叠段的巷道断面积，m2。

上式中压入式风筒出口风量Q出可按（8-9）式计算。

式中L改为抽出式风筒吸风口到工作面的距离L距，并且因压入式风筒较短，式中P漏≈1，故

Q出=

，m3/min（8-12）

二、排除瓦斯所需风量

在有瓦斯涌出的巷道掘进工作面内，其所需风量应保证巷道内任何地点瓦斯浓度不超限，其值可按下式计算：

Q瓦=

，m3/min（8-13）

式中Q瓦──排出瓦斯所需风量，m3/min；

QCH4──巷道瓦斯绝对涌出总量，m3/min；

CCH4──最高允许瓦斯浓度，%；

C进CH4──进风流中的瓦斯浓度，%；

KCH4──瓦斯涌出不均匀系数，取1.5~2.0。

三、排出矿尘所需风量

风流的排尘风量可按下式计算：

Q尘=

，m3/min（8-14）

式中Q尘──排尘所需风量，m3/min；

G──掘进巷道的产尘量，mg/min；

G高──最高允许含尘量，当矿尘中含游离SiO2大于10%时，为2mg/m3；小于10%时，为10mg/m3；对含游离SiO2大于10%的水泥粉尘，为6mg/m3；

G基──进风流中基底含尘量，一般要求不超过0.5mg/m3。

四、按风速验算风量

岩巷按最低风速0.15m/s或Q≥9S（m3/min）验算。

半煤岩和煤巷按不能形成瓦斯层的最低风速0.25m/s或Q≥15S（m3/min）验算。

掘进巷道需风量，原则上应按排除炮烟、瓦斯、矿尘诸因素分别计算，取其中最大值，然后按风速验算，而在实际工作中一般按通风的主要任务计算风量。

如有大量瓦斯涌出的巷道，则按瓦斯因素计算；无瓦斯涌出的岩巷，则按炮烟和矿尘因素计算；综掘煤巷按矿尘和瓦斯因素计算。

第四节掘进通风系统设计

根据开拓、开采巷道布置、掘进区域煤岩层的自然条件以及掘进工艺，确定合理的局部通风方法及其布置方式，选择风筒类型和直径，计算风筒出入口风量，计算风筒通风阻力，选择局部通风机。

一、局部通风系统的设计原则

局部通风是矿井通风系统的一个重要组成部分，其新风取自矿井主风流，其污风又排入矿井主风流。

其设计原则可归纳如下：

（1）在矿井和采区通风系统设计中应为局部通风创造条件；

（2）局部通风系统要安全可靠、经济合理和技术先进；

（3）尽量采用技术先进的低噪音、高效型局部通风机，如对旋式局部通风机；

（4）压入式通风宜用柔性风筒，抽出式通风宜采用带刚性骨架的可伸缩风筒或完全刚性的风筒。

（5）当一台局部通风机不能满足通风要求时可考虑选用两台或多台局部通风机联合运行。

二、局部通风设计步骤和选型

局部通风设计步骤：

（1）确定局部通风系统，绘制掘进巷道局部通风系统布置图；

（2）按通风方法和最大通风距离，选择风筒类型与风筒直径；

（3）计算风机风量和风筒出口或入口风量；

（4）按掘进巷道通风长度变化，分阶段计算局部通风系统总阻力；

（5）按计算所得局部通风机设计风量和风压，选择局部通风机；

（6）按矿井灾害特点，选择配套安全技术装备。

⒈风筒的选择

选用风筒要与局部通风机选型一并考虑，其原则是：

1）风筒直径能保证最大通风长度时，局部通风机供风量能满足工作面通风的要求；

2）在巷道断面允许的条件下，尽可能选择直径较大的风筒，以降低风阻，减少漏风，节约通风电耗；一般来说，立井凿井时，选用600～1000mm的铁风筒或玻璃钢风筒；通风长度在200m以内，宜选用直径为400mm的风筒；通风长度200～500m，宜选用直径500mm的风筒；通风长度500～1000m，宜选用直径800～1000mm的风筒。

⒉局部通风机的选型

已知井巷掘进所需风量和所选用的风筒，即可计算风筒的通风阻力。

根据风量和风筒的通风阻力，在可选择的各种通风动力设备中选用合适的设备。

1）确定局部通风机的工作参数

根据掘进工作面所需风量Q需和风筒的漏风情况，用下式计算通风机的工作风量Q通：

（8-15）

式中Q通──局部通风机的工作风量，m3/min；

Q需──掘进工作面需风量，m3/min；

P漏──风筒的漏风系数。

压入式通风时，设风筒出口动压损失为h动，则局部通风机全风压H全（Pa）:

+0.811ρ

（8-16）

式中R风──压入式风筒的总风阻，Ns2／m8；

h动──风筒出口动压损失，Pa；

ρ──空气密度，Kg/m3；

D──局部通风机叶轮直径，其余符号含义同式（8-15）。

抽出式通风时，设风筒入口局部阻力系数

＝0.5，则局部通风机静风压H静（Pa）：

+0.406ρ

（8-17）

式中H静──局部通风机静风压，Pa；

──风筒入口局部阻力系数；其余符号含义同式（8-16）。

2）选择局部通风机

根据需要的局部通风机的工作风量Q通、局部通风机全压H通的值，在各类局部通风机特性曲线上，确定局部通风机的合理工作范围，选择长期运行效率较高的局部通风机。

现场通常根据经验选取局部通风机。

表8-8为开滦、鸡西、淮南等矿区炮掘工作面局部通风机与风筒配套使用的经验数据。

第五节掘进通风管理

多年来，我国煤矿工人与工程技术人员，为提高局部通风机通风效果，创造总结出了很多行之有效的局部通风的技术管理经验，有效的提高了单巷掘进的送风距离。

如靖远煤业公司大水头煤矿在复杂地质构造、高瓦斯、松软煤层中单巷掘进距离达1631m，淮北跃进八矿曾实现单巷掘进有效送风距离长达3033m。

枣庄煤矿在单巷掘进中曾创造利用一台

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