安全监测监控课程设计报告采矿区监控系统设计Word下载.docx
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3.1我国相关煤矿安全监测监控的安全法规6
3.2设计标准14
3.3安全监控系统设计内容、原则和方法17
3.3.1设计的内容17
3.3.2设计原则18
3.3.3设计方法18
3.4监控范围确定18
4矿井监控系统布置18
4.1传感器布置18
4.1.1功能概述18
4.1.2分采区传感器布置方法要求18
4.1.3分采区传感器用量统计20
4.2分站布置22
4.2.1功能概述22
4.2.2分采区分站布置方法要求22
4.2.3信息源特点及系统结构确定22
4.3中心站布置23
4.3.1中心站功能概述23
4.3.2中心站场地技术安全要求23
4.3.3中心站配备设施24
4.4传输线路系布置24
4.4.1类型选择24
4.4.2供电方式26
4.4.3传输电缆26
4.4.4电缆计算27
5系统及设备选型28
5.1型号选择28
5.1.1KJ95型煤矿综合监控系统28
5.1.2KJ90型煤矿综合监控系统29
5.1.3KJF2000型煤矿综合监控系统31
5.1.4KJ110型煤矿综合监控系统31
5.2设备选型32
5.2.1总体要求32
5.2.2设备选型33
5.2.3地面主机房及其它配置35
6系统概算36
7监测系统总结与后期维护37
参考文献与附图
1新汶孙村矿背景资料
1.1矿井概况
孙村煤矿位于山东省新泰市境内，是由解放前年产不足万吨的小煤窑经改扩建发展起来的年产百万吨的大型现代化矿井，也是新矿集团最老的矿井之一。
孙村井田位于新汶煤田中部，向斜构造南翼；
走向近东西，倾向北；
倾角11～30°
;
走向长度：
-450米水平以上2Km，-450～-600米水平5Km，-600～-800米水平6Km，-800米水平以下9.2Km；
，井田面积27平方公里。
煤系地层石炭二迭系，煤系中共含煤十九层，可采煤层为二、三、四、六、十一、十三、十五共七个煤层，合计总厚度9.41米。
瓦斯等级为低级；
煤层有自燃发火性，煤尘爆炸指数：
36%～46%。
矿井向深部开采，地压增大，地温升高（-800米实测35℃），地温梯增度为2.6℃/百米；
断层多，采区内落差超过煤厚的断层密度25条/千平方米。
矿井井口地面标高175.82米,为副立井、斜井多水平中央石门开拓，共分六个水平开采，其水平标高为-75米、-210米、-400米、-600米、-800米及-1050米。
目前，第一、二、三水平已全部结束，第四水平前组煤也已全部结束，现主要生产水平为-800水平，并利用-800水平系统进行-1050水平下山开采，开拓延深水平为-1050米水平，开采深度已达1300米，是目前国内开采最深矿井之一。
1.2气候条件
孙村煤矿驻地属季节型大陆性气候，冬季寒冷和干燥，夏季炎热和潮湿。
1.2.1气温
年平均气温12.4°
C，一月份最低，平均为-3.3°
C，历年最低为-21.6°
C；
七月份最高，平均26°
C，历年最高为42.5°
C。
1.2.2降水量
根据1957年至2003年气象站资料，历年平均降水量为725mm，最大降水量为1395.4mm，最小降水量为450.2mm，年降水量的68%集中在6月下旬至9月上旬。
7月份的降水量占全年降水量的38%，春季降水量占全年的13%，冬季降水量占全年的4%。
1.2.3蒸发量
历年平均蒸发量为1837.5mm，为降水量的2.5倍。
6月份蒸发量最大，平均为290.7mm，为该月降水量的3.3倍。
1.2.4湿度
历年平均湿度为65%，一年中七、八月份湿度最大，为80%。
一～五月份湿度最小，平均为57%，比较干燥。
1.2.5风向和风速
全年盛行东南风，春季多西南风，夏季多南风，秋季多东北风。
年平均风速2.4m/s，瞬时最大风速可达42m/s。
1.3地质构造
孙村井田内的大中型断层以近倾向断层较多，这些近倾向断层将煤层沿走向分割成多个块段，多成为采区走向边界，造成采区走向长度较短，准备工程量大，工作面搬家频繁，采掘接替紧张。
开拓煤量、准备煤量和回采煤量减少，巷道掘进率增高。
孙村井田内断层分布较密，除大中型断层以外，井田还发育较多的小断层。
随着采深增加，断层条数增加，落差增大，断层的分布密度如表1-4所示。
井田内小断层随采深增加而增加，直接导致回采煤量减少，回采巷道增多，采出率降低，设备增多，机械化装备不易充分发挥，技术经济效益下降。
据对采区内的小断层统计，倾角在70°
～90°
的小断层最为发育，占到56.3%，倾角在50°
～70°
的小断层次之，占到31.7%。
1.4采掘现状
孙村煤矿目前生产主要集中在-800m水平，利用该水平生产系统进行一部分下山开采。
-800m水平采用集中运输大巷、采区石门布置方式，各采区生产的煤炭通过3t底卸式矿车运输，全岩排矸通过1t矿车运输。
现生产采区为-800m水平后组煤层一采区、-1050m水平前组二采区和四采区（-800m水平下山阶段）。
现设计准备采区为-1100m水平后组煤层一采区。
孙村煤矿采用走向长壁采煤法开采，全部垮落法处理采空区，现有三个采煤队生产，由一个综合机械化工作面和两个高档普采工作面生产维持矿井产量，年生产能力在120万t左右。
目前，孙村煤矿井下有11处全岩巷掘进工作面，其中生产掘进4处，开拓延深2处、系统改造5处。
这些全岩巷掘进工作面均采用钻眼爆破法破岩和锚网喷支护形式。
孙村煤矿井下有6处半煤岩掘进工作面，其中2处采用综掘机掘进、锚网带支护形式，其余采用钻眼爆破法破岩和锚网带支护形式。
2.设计采区背景资料
2.1采区概况
该设计采区位于井田南区-1100米水平。
东以F6断层为界与华源矿业公司相邻；
西以F10断层为界；
南至-800米水平后组十一层煤开采边界；
北至千米立井煤柱线。
十一层煤平均走向长2428.6米，平均倾斜宽375.7米，倾斜面积912418.6平方米。
上覆二、四煤层全部开采结束，下伏十三、十五煤层未开采。
监测指标情况如下表：
表2－1监测指标基本情况
基本情况
瓦斯
本采区十一层瓦斯绝对涌出量为1.53m3／min，相对瓦斯涌出量为0.827m3/min；
二氧化碳十一层绝对涌出量为1.55m3／min，相对二氧化碳涌出量为0.838m3/min。
煤尘
十一煤层煤尘爆炸指数43％。
煤层自燃
采区十一层煤具有Ⅱ类自燃发火倾向，自燃发火期62天，但该矿自建井以来无自燃发火史。
地温
据邻区情况预测地温为34℃。
矿压
地层静压力为2439.5～3256.0t/m2。
2.2巷道布置
－1100后组一采区位于井田南区，为十一层煤单层布置采区，－800水平贯穿石门通过上部车场与采区下山连接；
—600十三层东大巷、总回风巷布置在—600水平十三层煤内，通过—800后一采区十三层回风上山与采区上山相连。
本采区为十一层煤单层布置的双翼下山采区，采区布置轨道、运煤两条下山，根据采区地质及开采技术条件、开拓开采状况，将－1100后一轨道下山布置在-800贯穿石门西侧十一层煤内，全长420m，为采区运料、回风服务。
－1100后一运煤下山布置在—1100后一采区轨道下山西侧十一层煤内，距轨道下山60m，坡度为150，全长435m，为采区运煤兼进风。
2.3采区通风
本采区共布置二条下山，－1100后一运煤下山用于运煤、进风；
－1100后一轨道下山用于提升、回风。
回采工作面采用U型通风方式，运输巷进风，回风巷回风；
掘进工作面采用局部通风机压入式通风方式。
通风路线：
新风流从地面→北立井→北石门→-800南石门→－1100后一运煤下山→回采工作面运输巷→工作面。
乏风由工作面→回采工作面回风巷→－1100后一轨道下山→-800后一十三层回风上山→十三层回风反井→系统改造上山→－400风井→地面。
出式通风。
额定最大排风能力为11300m3/min，额定风压为1250－4230Pa，现主要通风机叶片角度为33.75℃，通风阻力为2750Pa，风量157.83m3/s，通过验算该风机满足该采区生产要求。
3相关煤矿安全法规、安全技术标准及设计规范
3.1我国相关煤矿安全监测监控的安全法规
第一百条井下空气成分必须符合下列要求：
（一）采掘工作面的进风流中，氧气浓度不低于20%，二氧化碳浓度不超过0.5%。
（二）有害气体的浓度不超过表3-1规定。
表3-1矿井有害气体最高允许浓度
名称
最高允许浓度（％）
一氧化碳CO
0.0024
氧化氮（换算成二氧化氮NO2）
0.00025
二氧化硫SO2
0.0005
硫化氢H2S
0.00066
氨NH3
0.004
瓦斯、二氧化碳和氢气的允许浓度按本规程的有关规定执行。
矿井中所有气体的浓度均按体积的百分比计算。
第一百零一条井巷中的风流速度应符合表3-2要求。
表3-2井巷中的允许风流速度
井巷名称
允许风速/（m/s）
最低
最高
无提升设备的风井和风硐
15
专为升降物料的井筒
12
风桥
10
升降人员和物料的井筒
8
主要进、回风巷
架线电机车巷道
1.0
运输机巷，采区进、回风巷
0.25
6
采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷
4
掘进中的岩巷
0.15
其他通风人行巷道
设有梯子间的井筒或修理中的井筒，风速不得超过8m/s；
梯子间四周经封闭后，井筒中的最高允许风速可按表2规定执行。
无瓦斯涌出的架线电机车巷道中的最低风速可低于表2的规定值，但不得低于0.5m/s。
综合机械化采煤工作面，在采取煤层注水和采煤机喷雾降尘等措施后，其最大风速可高于表2的规定值，但不得超过5m/s。
第一百零二条进风井口以下的空气温度（干球温度，下同）必须在2℃以上。
生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26℃，机电设备硐室的空气温度不得超过30℃；
当空气温度超过时，必须缩短超温地点工作人员的工作时间，并给予高温保健待遇。
采掘工作面的空气温度超过30℃、机电设备硐室的空气温度超过34℃时，必须停止作业。
新建、改扩建矿井设计时，必须进行矿井风温预测计算，超温地点必须有制冷降温设计，配齐降温设施。
第一百零五条矿井必须建立测风制度，每10天进行1次全面测风。
对采掘工作面和其他用风地点，应根据实际需要随时测风，每次测风结果应记录并写在测风地点的记录牌上。
应根据测风结果采取措施，进行风量调节。
第一百零六条矿井必须有足够数量的通风安全检测仪表。
仪表必须由国家授权的安全仪表计量检验单位进行检验。
第一百零八条贯通巷道必须遵守下列规定：
（一）掘进巷道贯通前，综合机械化掘进巷道在相距50m前、其他巷道在相距20m前，必须停止一个工作面作业，做好调整通风系统的准备工作。
（二）贯通时，必须由专人在现场统一指挥，停掘的工作面必须保持正常通风，设置栅栏及警标，经常检查风筒的完好状况和工作面及其回风流中的瓦斯浓度，瓦斯浓度超限时，必须立即处理。
掘进的工作面每次爆破前，必须派专人和瓦斯检查工共同到停掘的工作面检查工作面及其回风流中的瓦斯浓度，瓦斯浓度超限时，必须先停止在掘工作面的工作，然后处理瓦斯，只有在2个工作面及其回风流中的瓦斯浓度都在1.0%以下时，掘进的工作面方可爆破。
每次爆破前，2个工作面入口必须有专人警戒。
（三）贯通后，必须停止采区内的一切工作，立即调整通风系统，风流稳定后，方可恢复工作。
间距小于20m的平行巷道的联络巷贯通，必须遵守上款各项规定。
第一百一十条箕斗提升井或装有带式输送机的井筒兼作风井使用时，应遵守下列规定：
（一）箕斗提升井兼作回风井时，井上下装、卸载装置和井塔（架）必须有完善的封闭措施，其漏风率不得超过15％，并应有可靠的防尘措施。
装有带式输送机的井筒兼作回风井时，井筒中的风速不得超过6m/s，且必须装设甲烷断电仪。
（二）箕斗提升井或装有带式输送机的井筒兼作进风井时，箕斗提升井筒中的风速不得超过6m/s、装有带式输送机的井筒中的风速不得超过4m/s，并应有可靠的防尘措施，井筒中必须装设自动报警灭火装置和敷设消防管路。
第一百一十二条矿井开拓新水平和准备新采区的回风，必须引入总回风巷或主要回风巷中。
在未构成通风系统前，可将此种回风引入生产水平的进风中；
但在有瓦斯喷出或有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险的矿井中，开拓新水平和准备新采区时，必须先在无瓦斯喷出或无煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险的煤（岩）层中掘进巷道并构成通风系统，为构成通风系统的掘进巷道的回风，可以引入生产水平的进风中。
上述2种回风流中的瓦斯和二氧化碳浓度都不得超过0.5%，其他有害气体浓度必须符合本规程第一百条的规定，并制订安全措施，报企业技术负责人审批。
第一百二十六条矿井开拓或准备采区时，在设计中必须根据该处全风压供风量和瓦斯涌出量编制通风设计。
掘进巷道的通风方式、局部通风机和风筒的安装和使用等应在作业规程中明确规定。
第一百二十七条掘进巷道必须采用矿井全风压通风或局部通风机通风。
煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷的掘进通风方式应采用压入式，不得采用抽出式（压气、水力引射器不受此限）；
如果采用混合式，必须制定安全措施。
瓦斯喷出区域和煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出煤层的掘进通风方式必须采用压入式。
第一百二十八条安装和使用局部通风机和风筒应遵守下列规定：
（六）正常工作和备用局部通风机均失电停止运转后，当电源恢复时，正常工作的局部通风机和备用局部通风机均不得自行启动，必须人工开启局部通风机。
（七）使用局部通风机供风的地点必须实行风电闭锁，保证当正常工作的局部通风机停止运转或停风后能切断停风区内全部非本质安全型电气设备的电源。
正常工作的局部通风机故障，切换到备用局部通风机工作时，该局部通风机通风范围内应停止工作，排除故障；
待故障被排除，恢复到正常工作的局部通风后方可恢复工作。
使用2台局部通风机同时供风的，2台局部通风机都必须同时实现风电闭锁。
（八）每10天至少进行一次甲烷风电闭锁试验，每天应进行一次正常工作的局部通风机与备用局部通风机自动切换试验，试验期间不得影响局部通风，试验记录要存档备查。
第一百二十九条使用局部通风机通风的掘进工作面，不得停风；
因检修、停电、故障等原因停风时，必须将人员全部撤至全风压进风流处，并切断电源。
恢复通风前，必须由专职瓦斯检查员检查瓦斯，只有在局部通风机及其开关附近10m以内风流中的瓦斯浓度都不超过0.5%时，方可由指定人员开启局部通风机。
第一百三十一条井下充电室必须有独立的通风系统，回风风流应引入回风巷。
井下充电室，在同一时间内，5t及其以下的电机车充电电池的数量不超过3组、5t以上的电机车充电电池的数量不超过1组时，可不采用独立的风流通风，但必须在新鲜风流中。
井下充电室风流中以及局部积聚处的氢气浓度，不得超过0.5%。
第一百三十二条井下机电设备硐室应当设在进风风流中；
该硐室采用扩散通风的，其深度不得超过6m、入口宽度不得小于1.5m，并且无瓦斯涌出。
井下个别机电设备设在回风流中的，必须安装甲烷传感器并具备甲烷超限断电功能。
采区变电所必须有独立的通风系统。
第一百三十五条矿井总回风巷或一翼回风巷中瓦斯或二氧化碳浓度超过0.75%时，必须立即查明原因，进行处理。
第一百三十六条采区回风巷、采掘工作面回风巷风流中瓦斯浓度超过1.0%或二氧化碳浓度超过1.5%时，必须停止工作，撤出人员，采取措施，进行处理。
第一百三十七条采煤工作面瓦斯涌出量大于或等于20m3/min、进回风巷道净断面8m2以上,经抽放瓦斯达到《煤矿瓦斯抽采基本指标》的要求和增大风量已达到最高允许风速后，其回风巷风流中瓦斯浓度仍不符合本规程第一百三十六条规定的，由企业主要负责人审批后，可采用专用排瓦斯巷，专用排瓦斯巷的设置必须遵守下列规定：
（一）工作面风流控制必须可靠。
（二）专用排瓦斯巷必须在工作面进回风巷道系统之外另外布置，并编制专门设计和制定专项安全技术措施；
严禁将工作面回风巷作为专用排瓦斯巷管理。
（三）专用排瓦斯巷回风流的瓦斯浓度不得超过2.5%，风速不得低于0.5m/s；
专用排瓦斯巷进行巷道维修工作时，瓦斯浓度必须低于1.0%。
（四）专用排瓦斯巷及其辅助性巷道内不得进行生产作业和设置电气设备。
（五）专用排瓦斯巷内必须使用不燃性材料支护，并应当有防止产生静电、摩擦和撞击火花的安全措施。
（六）专用排瓦斯巷必须贯穿整个工作面推进长度且不得留有盲巷。
（七）专用排瓦斯巷内必须安设甲烷传感器，甲烷传感器应当悬挂在距专用排瓦斯巷回风口10—15m处，当甲烷浓度达到2.5%时，能发出报警信号并切断工作面电源，工作面必须停止工作，进行处理。
（八）专用排瓦斯巷禁止布置在易自燃煤层中。
第一百三十八条采掘工作面及其他作业地点风流中瓦斯浓度达到1.0％时，必须停止用电钻打眼；
爆破地点附近20m以内风流中瓦斯浓度达到1.0％时，严禁爆破。
采掘工作面及其他作业地点风流中、电动机或其开关安设地点附近20m以内风流中的瓦斯浓度达到1.5％时，必须停止工作，切断电源，撤出人员，进行处理。
采掘工作面及其他巷道内，体积大于0.5m3的空间内积聚的瓦斯浓度达到2.0%时，附近20m内必须停止工作，撤出人员，切断电源，进行处理。
对因瓦斯浓度超过规定被切断电源的电气设备，必须在瓦斯浓度降到1.0%以下时，方可通电开动。
第一百三十九条采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到1.5%时，必须停止工作，撤出人员，查明原因，制定措施，进行处理。
第一百四十条矿井必须从采掘生产管理上采取措施，防止瓦斯积聚；
当发生瓦斯积聚时，必须及时处理。
矿井必须有因停电和检修主要通风机停止运转或通风系统遭到破坏以后恢复通风、排除瓦斯和送电的安全措施。
恢复正常通风后，所有受到停风影响的地点，都必须经过通风、瓦斯检查人员检查，证实无危险后，方可恢复工作。
所有安装电动机及其开关的地点附近20m的巷道内，都必须检查瓦斯，只有瓦斯浓度符合本规程规定时，方可开启。
临时停工的地点，不得停风；
否则必须切断电源，设置栅栏，揭示警标，禁止人员进入，并向矿调度室报告。
停工区内瓦斯或二氧化碳浓度达到3.0%或其他有害气体浓度超过本规程第一百条的规定不能立即处理时，必须在24h内封闭完毕。
恢复已封闭的停工区或采掘工作接近这些地点时，必须事先排除其中积聚的瓦斯。
排除瓦斯工作必须制定安全技术措施。
严禁在停风或瓦斯超限的区域内作业。
第一百四十一条局部通风机因故停止运转，在恢复通风前，必须首先检查瓦斯，只有停风区中最高瓦斯浓度不超过1.0%和最高二氧化碳浓度不超过1.5%，且符合本规程第一百二十九条开启局部通风机的条件时，方可人工开启局部通风机，恢复正常通风。
停风区中瓦斯浓度超过1.0%或二氧化碳浓度超过1.5%，最高瓦斯浓度和二氧化碳浓度不超过3.0%时，必须采取安全措施，控制风流排放瓦斯。
停风区中瓦斯浓度或二氧化碳浓度超过3.0%时，必须制订安全排瓦斯措施，报矿技术负责人批准。
在排放瓦斯过程中，排出的瓦斯与全风压风流混合处的瓦斯和二氧化碳浓度都不得超过1.5%，且采区回风系统内必须停电撤人，其他地点的停电撤人范围应在措施中明确规定。
只有恢复通风的巷道风流中瓦斯浓度不超过1.0%和二氧化碳浓度不超过1.5%时，方可人工恢复局部通风机供风巷道内电气设备的供电和采区回风系统内的供电。
第一百四十二条开拓新水平的井巷第一次接近各开采煤层时，必须按掘进工作面距煤层的准确位置，在距煤层垂距10m以外开始打探煤钻孔，钻孔超前工作面的距离不得小于5m，并有专职瓦斯检查工经常检查瓦斯。
岩巷掘进遇到煤线或接近地质破坏带时，必须有专职瓦斯检查工经常检查瓦斯，发现瓦斯大量增加或其他异状时，必须停止掘进，撤出人员，进行处理。
第一百四十四条在有油气爆炸危险的矿井中，应使用便携式光学甲烷检测仪检查各个地点的油气浓度，并定期采样化验油气成分和浓度。
对油气浓度的规定可按本规程有关瓦斯的各项规定执行。
第一百四十九条矿井必须建立瓦斯、二氧化碳和其他有害气体检查制度，并遵守下列规定：
（一）矿长、矿技术负责人、爆破工、采掘区队长、通风区队长、工程技术人员、班长、流动电钳工下井时，必须携带便携式甲烷检测仪。
瓦斯检查工必须携带便携式光学甲烷检测仪。
安全监测工必须携带便携式甲烷检测报警仪或便携式光学甲烷检测仪。
（二）所有采掘工作面、硐室、使用中的机电设备的设置地点、有人员作业的地点都应纳入检查范围。
（三）采掘工作面的瓦斯浓度检查次数如下：
1．低瓦斯矿井中每班至少2次；
2．高瓦斯矿井中每班至少3次；
3．有煤（岩）与瓦斯突出危险的采掘工作面，有瓦斯喷出危险的采掘工作面和瓦斯涌出较大、变化异常的采掘工作面，必须有专人经常检查，并安设甲烷断电仪。
（四）采掘工作面二氧化碳浓度应每班至少检查2次；
有煤（岩）与二氧化碳突出危险的采掘工作面，二氧化碳涌出量较大、变化异常的采掘工作面，必须有专人经常检查二氧化碳浓度。
本班未进行工作的采掘工作面，瓦斯和二氧化碳应每班至少检查1次；
可能涌出或积聚瓦斯或二氧化碳的硐室和巷道的瓦斯或二氧化碳应每班至少检查1次。
（五）瓦斯检查人员必须执行瓦斯巡回检查制度和请示报告制度，并认真填写瓦斯检查班报。
每次检查结果必须记入瓦斯检查班报手册和检查地点的记录牌上，并通知现场工作人员。
瓦斯浓度超过本规程有关条文的规定时，瓦斯检查工有权责令现场人员停止工作，并撤到安全地点。
（六）在有自然发火危险的矿井，必须定期检查一氧化碳浓度、气体温度等的变化情况。
（七）井下停风地点栅栏外风流中的瓦斯浓度每天至少检查1次，挡风墙外的瓦斯浓度每周至少检查1次。
（八）通风值班人员必须审阅瓦斯班报，掌握瓦斯变化情况，发现问题，及时处理，并向矿调度室汇报。
通风瓦斯日报必须送矿长、矿技术负责人审阅，一矿多井的矿必须同时送井长、井技术负责人审阅。
对重大的通风、瓦斯问题，应制定措施，进行处理。
第一百五十七条煤矿企业应建立安全仪表计量检验制度。
第一百五十八条所有矿井必须装备矿井安全监控系统。
矿井安全监控系统的安装、使用和维护必须符合本规程和相关规定的要求。
第一百五十九条采区设计、采掘作业规程和安全技术措施，必须对安全监控设备的种类、数量和位置，信号电缆和电源电缆的敷设，控制区域等做出明确规定，并绘制布置图。
第一百六十条煤矿安全监控设备之间必须使用专用阻燃电缆或光缆连接，严禁与调度电话电缆或动力电缆等共用。
防爆型煤矿安全监控设备之间的输入、输出信号必须为本质
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