采煤工作面液压支架的选型
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第一章 液压支架的选型第三节 液压支架的架型选择一、架型的选择当工作面直接顶类别,老顶级别已确定经过分析论证后,可按表1-4选择支架型式。
使用表1—4时,考虑下列因素:1)煤层厚度为3.3 ~3.7米,顶板有侧向推力时,一般不宜采用支撑式支架。
2)煤层烦角为1 0~120(支撑式支架取下限,掩护式取上限)以上时,支架不必考虑防滑防倒装置。
3)底板强度、支架对底板比压应小于底板岩石允许抗压强度。
4)瓦斯涌出量大应优先选用通风断面大的支撑式或支撑掩护式支架。
5) 设备成本,能同时允许选用不同架型时,应优先选用价格便宜的支架。
老顶级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 直接顶类别12312 31234 4架 型掩护式 掩护式 支撑式 掩护式 掩护或支撑掩护式支撑式支撑掩护式支撑掩护式支撑或支撑掩护式支撑或支撑掩护式支撑式 采高<2.5m 时支撑掩护式采高>2.5m 时支架支护强度/MP a采高/m1 0.294 1.3×0.294 1.6×0.294 >2×0.294结合深孔爆破,软化顶板等措施处理采空区2 0.343(0.245) 1.3×0.343(0.245) 1.6×0.343 >2×0.343 3 0.441(0.343) 1.3×0.441(0.343) 1.6×0.441 >2×0.441 40.539(0.441)1.3×0.539(0.441)1.6×0.539>2×0.55表1-4 适应不同等级顶板的架型和支护强度另外,表1-4中的支护强度是指单位面积上的支撑力大小,括号内数字是掩护式支护强度;但允许有5%的波动范:1.3,1.6,2分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ级老顶比l 级老顶的增压倍数,Ⅳ级老顶由于地质条件变化较大,只给出最低限2,具体数字应根据实际情况确定,单体液压支柱的支护密度,可用表中的支护强度除以工作阻力计算。
支护设备选型(1)工作面顶板管理方式及支架型式国内外长壁工作面生产经验表明,液压支架是工作面装备中对生产能力影响最大的设备,因此必须把支架的可靠性放在首位,不但要稳定可靠,故障率低,而且使用寿命长。
近年来液压支架朝重型化发展,结构型式简单实用,支架工作阻力不断增大,一般为6000kN ~8000kN ,最大达到10000kN 。
根据3号煤层顶、底板条件及工作面采煤设备配套的要求,设计本矿井回采工作面采用全部冒落法管理顶板。
并结合工作面最大采高3.3m 和邻近矿井机械化开采的实践经验,初步确定选用ZY3300/11/23型掩护式液压支架。
1)支架支护强度支架的结构尺寸确定之后,与支架重量和成本关系最大的参数是支架的支护强度。
从理论上分析,合理的支护强度应正好与顶板压力相平衡。
支护强度过大,不仅增加支架重量和设备投资,而且给搬运、安装带来困难;过小则会造成顶板过早下沉、离层、冒落,使顶板破碎,造成顶板维护困难。
因此支护强度的大小应取决于工作面采场矿压的大小。
但由于目前对采场矿压的大小还不能进行准确的定量计算,主要以经验法或实测数据,来确定支架的支护强度。
支架支护强度采用下列经验公式计算:βαγcos 1)(-'⋅⋅≥K q H q式中:q ——液压支架的支护强度,MPa ; H ——采高,平均2.2m ;γ——顶板岩石视密度,一般取2.3t/m 3;K ——顶板岩石破碎膨胀系数,一般取1.25~1.5; α——工作面倾角,(°);β——附加阻力系数,二排柱支架取1.6,单排柱支架取1.2;q '——顶板周期来压动载系数。
q '值可按以下情况选取:周期来压不明显顶板:q '取1.1;周期来压明显顶板:q '取1.3;周期来压强烈顶板:q '取1.5~1.7。
则:a q MP 31.02.16cos 13.13.13.22.2=⨯-⨯⨯≥)(2)支架工作阻力支架工作阻力P 应满足顶板支护强度要求,即支架工作阻力由支护强度和支护面积所决定。
工作阻力/支护面积=支护强度;支护面积=(梁端距+顶梁长度)x中心距。
液压支架选型计算1.支护强度的计算采用以往的经验公式来计算:a、P≥b、P≥式中:P——支护强度,MPa;M——开采厚度,取6.1 m;r——顶板岩石容重,取2.7t/m3;d——顶板动载系数,取1.3;a——煤层倾角,取3°;B——附加阻力系数,取1.2;n——不均衡安全系数,取1.75;K——顶板岩石碎胀系数,取1.25。
则 a、P≥ =1.008MPab、P≥ =1.128MPa最后取P=1.128Mpa。
2. 支架载荷根据支护强度,则验算支架支护载荷为:T=P(L+C)×(B+J)式中:T ------ 支护载荷,KN;L ------ 顶梁长度,3.8m;C ------ 顶梁前端到煤壁的距离,1.33m;B ------ 顶梁宽度,1.530m;J -------架间距,0.22m;则 T=0.68×(3.8+1.33)×(1.53+0.22)=6105KN 计算结果表明,液压支架的工作阻力10800KN满足支护载荷的要求。
3. 支架高度a.支架最大高度Hzmax=Mmax+S1式中:Hzmax------支架最大支护高度,mm;Mmax------工作面最大采高,取6100mm;S1------伪顶冒落的最大厚度,取300mm。
则 Hzmax=6100+200=6300 mm。
b.支架最小高度Hzmin=Mmin-S2-g-e式中:Hzmin------支架最小支护高度,mm;Mmin------工作面最小采高,取4500mm;S2-------顶板的下沉量,取200mm;g ------顶梁上、底座下的浮矸厚度,取50 mm;e ------移架时支架回缩量,取100 mm。
则 Hzmin=4500-200-50-100=4150 mm。
根据以上各参数,本工作面选用郑州煤机厂液压支架工作高度4150~6300 mm。
试论综采工作面“三机”的选型与配套摘要:煤矿综采工作面“三机”(刮板输送机、采煤机、液压支架)配套是随着煤矿综采的出现而出现,随着综采水平的发展而发展的,“三机”配套的研究随着煤矿综采发展水平的不断提高而不断深入。
本文对综采工作面“三机”的选型与配套进行简要阐述。
关键词:综采三机选型配套1、“三机”的选型原则1.1液压支架选型在液压支架与围岩力学相互作用研究的基础上,综合分析不同地质条件下支护阻力确定的理论研究成果并分析不同支架的结构力学特征,为支架选型提供依据。
液压支架选型必须考虑的主要地质和采矿条件如下:(1)直接顶稳定性类型;(2)基本顶级别及相应矿压显现参数(初次和周期来止步距、来压时载荷、直接顶厚度);(3)底板类别及相应的力学参数(容许载荷强度、抗压缩刚度);(4)截高、煤层强度、节理方向、煤层厚度变化等;(5)煤层倾角和工作面推进力向;(6)瓦斯等级和必需的通风断面等。
1.2采煤机选型采煤机是综采工作面最主要的生产设备。
选型时,应考虑煤层赋存条件和对生产能力的要求,以及与输送机和液压支架的配套要求。
一般要根据煤的坚硬度、煤层厚度以及顶底板性质进行选型。
1.3刮板输送机选型综采工作面刮板输送机的选择要与工作面采煤机的生产能力及工作面的设计长度相适应。
工作面选用的是大功率采煤机,大多选择刮板输送机驱动功率较大,以满足采煤机生产能力要求等。
工作面刮板输送机的结构形式及附件必须能与采煤机的结构相匹配,如根据所选采煤机的行走部宽度选取刮板输送机的机槽宽度、根据工作面长度选择刮板输送机的长度,同时还要与支架的拉架力、推移千斤顶连接装置间距及结构相匹配。
刮板输送机主要参数的确定原則如下:(1)单位时间运输能力,应与采煤机生产能力匹配;(2)电机功率,视输送机运输能力及铺设长度而定;(3)结构,与采煤机和液压支架相配套。
2、“三机”配套原则2.1生产能力配套工作面生产能力取决于采煤机落煤能力,而刮板输送机、液压支架及平巷转载机、可伸缩带式输送机等设备能力都要大于采煤机的生产能力,通常按富余20%考虑。
液压支架选型计算(1)按现行较通用的岩石容重法公式:γ⋅⋅=-1p K M d z k q =2575.1135.14.11⋅⋅-=1425KN/m 2 式中:q z ---支架的动载支护强度,KN/m 2;K d ---动载系数,一般取 1.5-2.0(Ⅱ级以上老顶条件);取1.75M---一次采厚(平均14.4m ,按80%回收率计算)取11.4m ; K p ---冒落矸石碎胀系数,取1.35;γ---顶板岩石平均容重,取25KN/m 3;P = q z (L K +L D )B =1425×(0.46+5.415)×1.75=14650 KN式中:P---支架工作阻力,KN ;L K ---端面距,取0.46m ;L D ---顶梁长度,取5.415m ;B---支架宽度,取1.75m ;放顶煤支架的工作阻力按照综采计算结果的80%考虑。
(2) 岩层结构法:q z =k(γ1h 1+γ2H)= 1.75×(14.4×10.58+25×13.47)=856 KN/m 2式中 H —对支架有直接影响的岩层厚度;mH=(L+ h 1/tan α)tan θ=(5.915+10.58/ tan88°)×tan65°=13.47m ;L---有效控顶距(m);5.915 m ;h 1---顶煤厚度(m);10.58 m ;α---顶煤断裂角(°);一般为70°-120°θ---顶板断裂角(°);一般为60°-65°γ1---顶煤的容重,取14.3KN /m 3;γ2---顶板岩石的容重,取25 KN /m 3;q z ---支架的动载支护强度;k---动载备用系数,(Ⅱ级以上老顶一般取1.5-2.0)取1.75; P= q z (L k +L D )B/ηs =856×(0.46+5.415)×1.75/0.75=11734KN式中 P —支架的工作阻力(KN);L k —梁端距0.46m ;L D—顶梁长度5.415m;B—支架中心距1.75m;ηs—支架的支护效率75%;根据以上方法进行计算,最后确定比较合理的工作阻力15000KN。
采煤工作面支架选型计算
综采能否实现安全高效关键在于架型选择是否合理。
15号煤层首采区选用综采放顶煤液压支架。
1、支护设备强度确定
根据矿压理论,工作面支架承受的最大压力为6-8倍采高的顶板岩石的重量,现取8倍采高的顶板岩石重量计算:
F=8×h×L控×b×γ×g=8×2.5×5.154×1.5×2.7×9.8=4091KN
式中:F——工作面上覆8倍采高岩石所需支撑阻力;
γ——上覆岩层平均容重,2.7t/m3;
h——工作面采高,2.5m;
L控——工作面最大控顶距,5.154m;
b——支架宽度,1.5m;
g——重力换算单位,取9.8 m/s2。
设计选用ZF6800/17/32D型支架(预留智能化端口),工作阻力6800KN。
根据以上计算,可满足回采工作面顶板支护要求。
ZF6800/17/32D液压支架技术特征见下表。
液压支架技术特征表
矿井15号煤层回采工作面顺槽超前支护超前20m 支护采用ZQL2×3200/19/38型超前支架。
回采工作面端头及顺槽超前支护20m范围内,巷道高度不得低于2m。
液压支架选型的基本依据及原则在现代综合机械化采煤过程中,工作面顶板的支护和管理是关系安全生产的主要因素,而实现综采工作面顶、底板支护的唯一设备就是液压支架。
它是以乳化液作为动力介质,将液压能转化为机械能的一种机构。
液压支架的选型,其根本目的是使综采设备更好地适应矿井和工作面的地质和生产条件,投产后做到高产、高效、安全,并为矿井的集中生产、优化管理和取得最佳经济效益提供前提条件。
1 、液压支架的基本形式(1)支撑式液压支架:顶梁较长,一般超过4m左右,立柱垂直于底座,有较强的支撑力。
(2)掩护式液压支架:顶梁较短,一般不超过3.5m,带有掩护梁,分隔采空区和作业空间,立柱呈倾斜分布,作业空间和通风断面较大。
(3)支撑掩护式液压支架:有上述两种支架的特点,采用四连杆机构,更好地承受顶板水平推力及扭转分力,对围岩既有较强的支撑、切顶作用,又有较好的掩护、隔离作用,但价格较前两者昂贵。
2、液压支架选型的基本依据及原则进行液压支架选型时,其基本依据是顶底板性质、煤层条件和经济成本等。
2.1 顶底板性质2.1.1 顶板一般情况下,根据直接顶的类别和基本顶级别选择架型。
不同的直接顶和基本顶基本决定了所采用的液压支架架型和工作方式。
直接顶的分类有:不稳定顶板,中等稳定顶板,稳定顶板,坚硬顶板。
基本顶级别:I级顶板(周期来压不明显)、Ⅱ级顶板(周期来压明显)、Ⅲ级顶板(周期来压强烈)、1V级顶板(周期来压极其强烈)。
由上可知,直接顶的类别和基本顶级别,两者的划分都无严格的定量评定指标,因此按顶板性质分级来选择架型不一定十分科学、严密。
具体选用时可遵循下列原则:(1)对于基本顶周期来压不明显的巾等稳定或破碎顶板,可选用掩护式液压支架;对于直接顶稳定的顶板,可选用支撑式或支撑掩护式液压支架。
(2)对于基本顶周期来压强烈(Ⅲ~Ⅳ级)、直接顶不稳定或中等稳定的顶板,可选用支撑掩护式液压支架;对于直接顶稳定或坚硬的顶板,可选用支撑掩护式液压支架或支撑式液压支架。
液压支架的选型一、确定架型按顶板分类方案对液压支架的架型进行初选。
根据煤炭部(81)煤科字第429号文件关于《缓倾斜煤层工作面顶板分类》方案,按稳定性不同直接顶分为四类,按来压强度不同将老顶分为四级,并分别提出相应的架型、支护强度和顶板管理方法。
1、顶板分类(级)直接顶分为四类,见〔Ⅰ〕。
老顶分为四级,见〔Ⅰ〕。
2、架型与支护强度初选正确选择支架的架型,对于提高综采工作面的产量和效率,充分发挥综采设计的效能,实现高产高效,是一个很重要的因素。
在具体选择架型时,首先要考虑煤层的顶板条件,〔Ⅰ〕表9-1就是根据国内外液压支架的使用经验,提出了各种顶板条件下适用的架型。
它是选择支架架型的主要依据。
对于不同类(级)顶板,其架型、支护强度的选择见〔Ⅰ〕。
液压支架架型的选择除了取决于顶板条件之外,还应考虑以下因素,并结合各类支架的不同性能和特点,最终选择一种较为合理的架型。
⑴厚度煤层厚度不但直接影响到支架的高度和工作阻力,而且还影响到支架的稳定性。
当煤层厚度大于2.5~2.8m(软煤取下限,硬煤取上限)时,选用抗水平推力强且带护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架。
当煤层厚度变化较大时,应选用调高范围大的支架。
⑵煤层倾角煤层倾角主要影响支架的稳定性,倾角大时易发生倾倒、下滑等现象。
当煤层倾角大于0018时,应同时具有防滑防倒装置。
10~15时,应设防滑和调架装置,当倾角超过0⑶底板性质底板承受支架的全部载荷,对支架的底座影响较大,底板的软硬和平整性,基本上决定了支架底座的结构和支承面积。
选型时,要验算底座对底板的接触比压,其值要小于底板的允许比压(对于砂岩底板,允许比压为1.96~2.16Mpa,软底板为0.98Mpa左右)。
⑷瓦斯涌出量对于瓦斯出量大的工作面,支架的通风断面应满足通风的要求,选型时要进行验算。
⑸地质构造地质构造十分复杂,煤层厚度变化又较大,顶板允许暴露面积和时间分别在5~82m和20m in以下时,暂不宜采用液压支架。
二、主要参数计算和支架型号的确定1、支护强度(工作阻力)支架的结构尺寸确定之后,与支架重量和成本关系最大的参数是支架的支护强度。
从理论上分析,合理的支护强度应正好与顶板压力相平衡。
支护强度过大,不仅增加支架重量和设备投资,而且给搬运、安装带来困难;过小则会造成顶板过早下沉、离层、冒落,使顶板破碎,造成顶板维护困难。
因此支护强度的大小应取决于工作面采场矿压的大小。
但由于目前对采场矿压的大小还不能进行准确的定量计算,这样目前主要以经验法或实测数据,来确定支架的支护强度。
下面介绍两个经验公式:⑴ βαγcos )1(-'⋅⋅≥K q H q式中:q ------液压支架的支护强度,〔2/m T 〕;H ------采高,〔m 〕; γ------顶板岩石容量,一般取2.33/m T ;K ------顶板岩石破碎膨胀系数,一般取1.2~1.5;α------工作面倾角,〔度〕; β------附加阻力系数,二排立柱支架β取1.6,单排立柱支架β取1.2;q '------顶板周期来压动载系数。
q '=非周期来压时矿压值周期来压时矿压值,q '值可按以下情况选取:周期来压不明显顶板:q '取1.1;周期来压明显顶板:q '取1.3;周期来压强烈顶板:q '取1.5~1.7。
⑵510,q KH M pa γ-=⨯式中:K —作用于支架上的顶板岩石系数,一般取5~8。
顶板条件好、皱起来压不明显时取下限,否则取上限;H —采高,m ;γ—顶板岩石密度,一般取2.3×310kg/m 3。
放顶煤支架的支护强度一般为0.5~0.7MPa 。
支架工作阻力P 应满足顶板支护强度要求,即支架工作阻力由支护强度和支护面积所决定。
310,kN P qF =⨯式中 F — 支架的支护面积,m 2。
可按下式计算21()()(),m F L C B K L C A =++=+式中 L —支架顶梁长度,m ; C —梁端距, m ;B —支架顶梁宽度,m ;1K —架间距,m ;A — 支架中心距,m 。
对支撑式支架,支架立柱的总工作阻力等于支架工作阻力。
对于掩护式和支撑掩护式支架,由于受到立柱倾角的影响,支架工作阻力小于支架立柱的总工作阻力。
工作阻力与支架立柱的总工作阻力的比值,称为支架的支撑效率η。
所以支架立柱的总工作阻力p 总为,p p kN η=总支撑式支架的η=100%,支掩护式和支撑掩护式支架取η=80%左右。
2、初撑力初撑力的大小是相对于支架的工作阻力而言,并与顶板的性质有关。
液压支架的初撑力,对支架维护顶板的性能方面,要比工作阻力(支护强度)起着更加显著的作用。
有足够初撑力的支架,一开始就能和顶板压力取得平衡,可最大限度地减小顶板下沉;初撑力偏低,要等顶板下沉时才能增阻,会增大顶板的下沉量;初撑力过大,会使顶板反复受拉导致直接顶蠕动,造成直接顶早剥离,使顶板管理困难。
所以支架初撑力选择的合理与否,时非常重要的。
目前在坚硬、中硬和破碎的顶板条件下,多趋向于采用较高的初撑力。
现在支架的设计中初撑力,已高达工作阻力(支护强度)的90%以上。
根据有关资料介绍,初撑力与支护强度的比例关系,即=初撑力强度/支护强度,以顶板的的稳定性不同,一般在60~85%区内选取为宜。
在确定出撑力时,可按以下原则考虑:对于不稳定和中等稳定顶板,为了维护机道上方的顶板,应取较高的初撑力,约为工作作阻力的80%;对于稳定顶板,初撑力不易过大,一般不低于工作阻力的60%,对于周期来压强烈的顶板,为了避免大面积垮落对工作面的动载威胁,应取较高的初撑力,约为工作阻力的75%。
3、移架阻力及推溜力移架阻力与支架结构、吨位、支撑高度、顶板状况是否带压移架等因素有关,通常根据煤层的厚度来考虑,即采高愈大,移架阻力愈大。
一般薄煤层支架的移架力为100~150kN ;中厚煤层支架为150~300kN ;厚煤层支架为300~400kN 。
推溜力一般为100~150kN 。
4、支架高度支架高度一般系指支架的最大和最小结构高度,它必须适应煤层采厚变化所要求的最大和最小支撑高度。
最小高度过大,可能会出现压架现象;最大支撑高度过小,可能会造成丢煤浪费资源,或支架顶空现象。
支架的最大和最小支撑高度,应根据煤层厚度的变化合理选择,片面地认为调高范围越大越好,过大地加大调高范围将增加设备重量及制造成本。
支架高度可由下式计算:max H =大h -1S +0.2min H =小h —2S —a —c式中:max H ------支架最大结构高度,〔m 〕;min H ------支架最小结构高度,〔m 〕;大h ------煤层最大采高,〔m 〕;小h ------煤层最小采高,〔m 〕;1S ------支架前柱上方顶板下沉量,一般取0.1m ; 2S ------支架后柱上方顶板下沉量,一般取0.2m ;a ------支架前移时可缩余量,一般取不小于0.05m ; c ------支架与顶底板间的浮煤,破矸厚度一般取0.1m 。
根据一些生产的实际经验,为防止伪顶冒落而引起支架顶空现象和一些难于预见的因素,最大结构高度max H ,要在计算的基础上,再考虑增加0.1~0.3m 的富裕量。
确定支架的最低高度时还应考虑到井下的允许运输高度。
支架的伸缩比m ax m inS H K H =s K 值的大小反映了支架对煤层厚度变化的适应能力,其值越大,说明支架适应煤层厚度变化的能力超强。
采用单伸缩立柱,s K 值一般为1.6左右。
若进一步提高伸缩比,需采用带机械加长杆的立柱或双伸缩立柱,其s K 值一般为2.5左右。
薄煤层支架可达3。
5、顶梁长度顶梁长度取决于必要的作业空间和通风断面要求,还与支架方式有关。
支护方式有超前支护和滞后支护两种方式。
根据选定的架型和支护方式,来估算所需支架的顶梁长度(范围),以供确定支架型号作参考。
⑴直接撑定掩护式支架,如图4-1所示。
c tg ld y b -⋅-+++∆=α3.01式中:∆------铲煤板铲尖到煤臂的距离,取100~200mm (具 体大小也可计算);y =F+G+J+V式中:F------铲煤板宽度,一般取150~240mm ;G------中部槽宽(查特征表);J------导向槽宽度,无链牵引时尚有齿轨部分宽度; V ------电缆槽宽。
参数查不到时可估算V=350~450mm ; d ------超前移架时取>截深;滞后移架时可取零;e------人行道宽度,不小于0.6m ,高度不小于采高的70%; H------采高,〔m 〕;α------立柱倾角;c ------梁端距,取250~350mm 。
1221b b ≤顶梁全长:21b b l +=⑵支撑掩护式,如图4-2所示。
c tg H ad y b -⋅-+++∆=α1式中:c H d y ,,,,,α∆同前;a ------由结构而定,考虑支架稳定性和减少底座前端的比压。
a >300mm ; 2b ------通常2b =0.9~1.2m ,在中厚煤层中可设置为人行道;3b ------由结构而定,一般情况为300~500 mm 。
顶梁全长:321b b b l ++=注:1. 顶梁的长度和宽度取决于支架的类型,它影响支架与顶板的接触性能、控顶距、移架速度和稳定性,一般在保证一定的工作空间和合理布置设备的前提下,应尽量减小顶梁长度,以缩小控顶距和支架的重量。
对于支撑式和支撑掩护式支架,由于立柱为双排布置,支撑力较大,故这类支架的顶梁较长,当采用滞后支护时,顶梁全长为2.5m 左右;当采用及时支护时,顶梁全长为3.0~4.0m 。
对于掩护式支架,由于一般用于破碎顶板,应尽量减小支架对顶板的重复支撑次数,加之立柱多为单排布置,故顶梁长度较小,通常1.5~2.5m ,最大达3 m 左右。
顶梁的宽度应根据支架间距和架型来定。
我国规定支架标准中心距为1.5m 。
掩护式和支撑掩护式支架包括侧护板在内的顶梁宽度为1.4~1.6m(下限为侧护板收缩时的运输宽度,1.5m 为支架的正常宽度,1.6m 为调架时侧护板伸出后的最大宽度)。
垛式支架的架间距一般为0.1~0.2m 。
2. 底座的宽度支架底座宽度一般为1.1~1.2m 。
为提高横向稳定性和减小对底板比压,厚煤层支架,可加大到1.3 m 左右,放顶煤支架为 1.3~1.4m 。
底座中间安装推移装置的槽子宽度,与推移装置的结构和千斤顶缸径有关,一般为300~380mm 。
6、确定支架型号根据以上所确定的架型和计算的参数,查附录5(或〔Ⅰ〕表8-4)支架技术特征表选择支架。
注:⑴采高达到2.5~2.8m 以上时,需要选择带有护帮装置的液压支架。