Причины выхода из строя подъемных канатов шахтных подъемных установок: усталость, износ, коррозия и перераспределение нагрузки

Шахтный подъемный канат — это не сплошной стальной стержень. Это подвижная сборка из свитых по спирали проволок и прядей. В каждом цикле подъема эти элементы несут меняющееся натяжение, изгибаются на шкивах или при навивке на барабан, скручиваются, прижимаются к соседним проволокам и совершают малые относительные перемещения. В результате получается распределённая механическая система, в которой повреждение может начаться на поверхности, во внутреннем контакте, в коррозионной язве или локальном дефекте задолго до того, как станет заметным на уровне всего каната.

Поэтому окончательный излом не обязательно указывает на исходную причину. Прогрессирующий износ, усталость, коррозия или более ранние обрывы проволок могут снижать эффективную несущую способность. Испытания целых канатов также показывают, что износ и оборванные проволоки могут перераспределять нагрузку так, что оставшиеся проволоки в итоге разрушаются от вязкой перегрузки. И наоборот, сильная разовая перегрузка, отказ крепления или несоответствие материала могут дать иную историю разрушения. Поэтому для понимания разрушения шахтного подъемного каната нужно различать исходный механизм деградации, развитие повреждения, потерю эффективного сечения и характер окончательного излома. (Schrems, 1994; Chang et al., 2019; Zhang et al., 2017; Singh, Mallick and Verma, 2016)

Как анализировались данные

Настоящая статья представляет собой научно обоснованный инженерный обзор, а не систематический обзор, метаанализ или исчерпывающий литературный обзор. Целевые поисковые запросы выполнялись по базам данных издательств журналов и записям DOI по темам динамики шахтных подъемников, фреттинг-коррозии канатных проволок, усталости при изгибе, износа, коррозионной усталости, кручения, перераспределения нагрузки при обрыве проволок, экспертных исследований отказов, электромагнитного контроля и испытаний на остаточную прочность. Поиск и проверка стандартов были завершены 3 сентября 2026 года. Приоритет отдавался оригинальным рецензируемым исследованиям, данным по конкретным шахтным установкам, натурным испытаниям канатов и авариям в процессе эксплуатации; испытания отдельных проволок и многопроволочных образцов учитывались только для выводов на уровне механизмов. Официальные каталожные записи ISO и BSI, актуальный текст регламента eCFR, материалы MSHA, руководства Управления по охране труда и промышленной безопасности Великобритании (HSE) и утвержденный в апреле 2026 года свод правил Нового Южного Уэльса (NSW) проверялись отдельно.

В число репрезентативных поисковых комбинаций входили следующие: “рудничный подъемный канат”, “усталость рудничного подъемного каната”, “фреттинг стального каната”, “коррозионная усталость рудничного каната”, “усталость при изгибе стального каната”, “неразрушающий контроль канатности подъемных машин системы Кепе”, “перераспределение нагрузки при обрыве проволок”, “осмотр канатов шахтных стволов” и “анализ отказов рудничных подъемных канатов”. Исследования отбирались в тех случаях, когда они непосредственно касались динамики рудничных подъемов, механизмов повреждения канатов или проволок, расследования отказов, контроля состояния или интерпретации остаточной прочности. Общие исследования стальных канатов отходили на второй план, за исключением случаев отсутствия данных, специфичных для шахтных условий, или необходимости уточнения механизмов. Списки литературы и цепочки цитирования из соответствующих первичных работ выборочно проверялись с целью поиска дополнительных первоисточников.

Типы доказательств выявляются в тексте, поскольку математическая модель, испытание на сетевом уровне, ускоренный эксперимент с канатом полной длины, криминалистический случай и правовой порог отвечают на разные вопросы. Противоречивые результаты интерпретировались с учетом масштаба испытаний, нагрузки, условий среды, а также того, измерялось ли в исследовании зарождение или распространение трещины. Несколько цитируемых экспериментальных работ подготовлены аффилированными друг с другом исследовательскими группами Китайского горно-технологического университета; они представляют собой единую согласованную научно-исследовательскую программу, а не множество независимых репликаций. Независимые данные криминалистической экспертизы, полевого мониторинга и испытаний вышедших из эксплуатации канатов из США, Индии, Турции, Польши и Словакии расширяют данное ограничение, но не устраняют его полностью.

Шахтный подъемный канат испытывает историю нагружения, а не одну статическую нагрузку

Номинальная подвесная нагрузка не отражает полную эксплуатационную нагрузку, приходящуюся на шахтный подъемный канат. Ускорение, замедление, вибрация, изменение длины подвеса, изгиб, кручение и эксплуатационные переходные процессы изменяют как натяжение в системе, так и местные условия в точках контакта проволок.

Моделирование системы, выполненное Ван, Чжаном и Гэ, наглядно демонстрирует различие между глобальным и локальным масштабами. Для одной конкретной модели подъемника угольной шахты авторы рассчитали динамическое натяжение каната в диапазоне от 0 до 30,9 кН. Затем они определили отдельные значения нагрузок на местах соприкосновения проволок: 38,3; 60,5; 102,7 и 378 Н, а также относительные смещения в 62,5 и 113,2 мкм в определённых точках соприкосновения. Эти данные были получены в результате моделирования для последующих испытаний тросов — это не полевые измерения, не расчётные нагрузки и не предельные значения, применимые к другому шахтному стволу. Их значение носит концептуальный характер: крупномасштабные движения подъемной системы могут генерировать внутренние перемещения малой амплитуды, способные привести к износу от трения. (Ван, Чжан и Гэ, 2013; Ван и др., 2012)

Глубина ствола имеет значение, поскольку более длинный подвешенный канат увеличивает собственный вес и изменяет динамическую характеристику системы. Сама по себе глубина не является причиной выхода из строя; она действует в совокупности с массой каната, полезной нагрузкой, профилем скорости, типом подъемной машины, геометрией и режимом работы. Использование в правилах безопасности для горнодобывающей промышленности формул минимальной прочности, зависящих от длины, отражает эту изменяющуюся проектную задачу, однако законодательно установленная формула запаса прочности не является прогнозом вероятности выхода из строя конкретного каната.

Пребывание ниже номинального предела полезной нагрузки, следовательно, не исключает циклическое повреждение. Состояние зависит от спектра нагрузок и системы канат-подъемная машина, а не только от наибольшей статической нагрузки.

Изгиб и внутренний контакт вызывают повторяющиеся локальные повреждения

Канат должен изгибаться при огибании шкива или при наматывании на барабан. Такая повторяющаяся кривизна приводит к первичному изгибу каната, а также к вторичному изгибу и контактным напряжениям на уровне проволок. Соседние проволоки и пряди также прижимаются друг к другу и смещаются относительно друг друга. Эти механизмы могут действовать одновременно, поэтому “усталость” не следует рассматривать как единый однородный процесс.

В ходе ускоренного эксперимента с использованием полной длины каната, проведённого Чжаном и его коллегами, канат с волокнистым сердечником 6×19 неоднократно подвергался изгибу на стальных и модифицированных нейлоновых шкивах. В данной экспериментальной установке канат, использованный с модифицированным нейлоновым шкивом, продемонстрировал срок службы при изгибной усталости, превышающий более чем в два раза заявленный показатель для каната, использованного со стальным шкивом. Исследование демонстрирует, что материал шкива и характер контакта могут влиять на развитие повреждений. Оно не устанавливает универсального коэффициента увеличения срока службы: конструкция каната, диаметр и канавка шкива, нагрузка, скорость, условия эксплуатации, а также ограниченный объём выборки в эксперименте ограничивают возможность обобщения полученных результатов. (Чжан и др., 2013)

Этот результат также не доказывает, что синтетические шкивы по своей природе безопаснее. ISO 4309:2017, распространяющийся на канаты кранов, лебёдок и подъемников и не являющийся стандартом по умолчанию для шахтных канатов, предупреждает, что в системах только с синтетическими шкивами или синтетическими футеровками при однослойной навивке на барабан внутренние обрывы проволок могут накапливаться до появления достаточных внешних признаков. Обоснованный вывод: канат и шкив образуют взаимодействующую контактную систему, и изменение материала или геометрии может менять как скорость повреждения, так и то, где оно становится обнаружимым. (ISO 4309:2017)

Фреттинг: меньшее трение или проскальзывание не обязательно означает меньший ущерб

Фреттинг — это поверхностное повреждение от малых повторяющихся относительных перемещений под контактной нагрузкой. В канате он может возникать между отдельными проволоками или между прядями. Фреттинг-износ удаляет материал; фреттинг-усталость означает зарождение и рост трещин под действием циклического контакта. Фреттинг-коррозия дополнительно связана с химическими или электрохимическими реакциями поверхности. Эти термины связаны, но не взаимозаменяемы.

При экспертизе некрутящегося скипового каната из подземной шахты Шремс (Schrems) обнаружил разрушения, связанные с износом между прядями и усталостью. Фрактография также показала, почему самый заметный след износа не обязательно совпадает с точным очагом трещины: трещины могут зарождаться там, где локальное многоосное напряжённое состояние наиболее опасно, в том числе в визуально менее заметном месте. Это один случай разрушения в эксплуатации, а не данные о частоте в целом, но это прямое свидетельство по шахтным канатам того, что видимая потеря металла сама по себе может быть неполным признаком первопричины. (Schrems, 1994)

В контролируемых опытах с несколькими проволоками Пэн (Peng) и коллеги использовали семипроволочную спиральную сборку — шесть наружных проволок диаметром 1 мм вокруг сердечника 1,1 мм — в сухих лабораторных условиях. При росте поперечной нагрузки с 80 до 320 Н установившийся коэффициент трения снизился примерно с 0,73 до 0,66, тогда как максимальная глубина износа выросла с 10,9 до 23,1 мкм, а средняя ширина износа — со 111,5 до 135,8 мкм. Это результаты для геометрии проволок, натяжения, амплитуды фреттинга и среды данного исследования, а не эксплуатационные пределы для шахтных канатов. Эксперимент подтверждает более узкий вывод: меньшее измеренное трение может сочетаться с бо́льшим износом, поскольку меняются также нормальная нагрузка, контактное напряжение и рассеиваемая энергия. (Peng et al., 2023)

Другие опыты с несколькими проволоками из той же исследовательской линии показывают, что частота, натяжение проволок и геометрия спирального контакта могут менять трение и износ. Эти работы углубляют понимание механизмов, но их не следует считать независимым полевым подтверждением, а их стенды не воспроизводят все контакты целого каната. (Huang et al., 2025)

Правильный вывод не в том, что меньшее трение вызывает больше повреждений. А в том, что коэффициент трения или относительное проскальзывание сами по себе не отражают состояние каната. Важны также контактное давление, распределение напряжений, продукты износа, смазка, изменяющаяся геометрия следа и переход между режимами сцепления, частичного и полного проскальзывания.

Внешний износ уносит металл и может сокращать последующий усталостный ресурс

Внешний износ на шкиве, в ручье или в зоне перехода слоёв многослойной навивки — не просто косметический дефект. Он уменьшает металлическое сечение, меняет локальную геометрию, концентрирует напряжения и нарушает распределение нагрузки. Уменьшение диаметра, потеря металлического сечения и остаточное разрывное усилие — связанные показатели состояния, но не равнозначные измерения.

Чан (Chang) и коллеги провели ускоренное испытание целого каната — передаточного каната 6×19 диаметром 9,3 мм с органическим сердечником и исходным измеренным разрывным усилием 52,5 кН. При самой жёсткой из описанных последовательностей износа «канат–шкив» разрывное усилие снизилось примерно с 48 до 23 кН, а последующая стойкость к усталости при изгибе — примерно с 6 200 до 200 циклов. Эти значения описывают конечные точки испытаний на одном стенде для тонкого каната со шкивом из стали Q235. Это не ожидаемый срок службы шахтного каната, не границы неопределённости и не критерии отбраковки; статья не доказывает, что такая же процентная потеря возникает в полноразмерном шахтном подъемном канате. (Chang et al., 2025)

В той же исследовательской программе последовательность износа «канат–канат» снизила разрывное усилие примерно с 50 до 46 кН — меньше, чем последовательность «канат–шкив» в том же исследовании. Обобщать, что износ «канат–шкив» всегда опаснее, было бы неправильно: стенды моделировали разные контакты и использовали разные нагрузки, скорости и длины контакта. Сравнение справедливо только для данных экспериментальных условий.

Работы с контролируемым износом и конечно-элементные расчёты также показали, что желобчатые или неровные следы износа могут создавать неравномерные напряжения и распределение нагрузки. Однако случай Шремса показал, что самая глубокая видимая потеря металла не всегда указывает на очаг усталости. Поэтому средний диаметр может не выявить глубокий локальный след, неблагоприятную ориентацию следа, скопление обрывов или внутренние повреждения. (Chang et al., 2019; Schrems, 1994)

Смазка меняет режим контакта, но не устраняет усталость

Подходящая смазка может снижать трение и износ и при определённых условиях способствовать защите от коррозии. В семипроволочной системе Пэна и коллег установившийся коэффициент трения с испытанным маслом составлял около 0,16–0,22 против примерно 0,58–0,75 в сухих условиях. Ширина износа без смазки составляла примерно 160–240 мкм, а со смазкой — около 40–120 мкм. Изменялись и наблюдаемые механизмы: в сухих контактах проявлялся абразивный, адгезионный и усталостный износ, а в смазанных преобладали абразивные и усталостные процессы. (Peng et al., 2023)

Этот результат показывает защитный эффект в условиях испытания, но не является универсальной спецификацией смазки или интервалом повторной смазки. Использовалась одна лабораторная смазка и небольшая многопроволочная сборка, а не работающий шахтный канат. На эффективность влияют химический состав и вязкость смазки, способ нанесения, загрязнение и совместимость с сердечником и покрытием каната.

Фрикционные подъемные установки (системы Кёпе) вносят дополнительное ограничение: сцепление каната с приводным шкивом или барабаном является частью проекта системы. Руководство HSE (Великобритания) указывает, что наносимые снаружи смазки или пропитки на канатах фрикционных машин не должны заметно снижать коэффициент трения между канатом и приводным барабаном, и предостерегает от избыточной смазки, поскольку она может вызвать проскальзывание каната или неравномерный ход. Поэтому больше смазки не означает автоматически безопаснее, а неподходящая пропитка может противоречить требованиям к сцеплению. (HSE) Руководство HSE по канатам шахтных стволов также отмечает, что наружная смазка может препятствовать проникновению грязи и песка, которые иначе усиливают абразивный износ, тогда как избыток липкой смазки может притягивать песок и сокращать срок службы каната. Это общее руководство по канатам стволов, а не вывод эксперимента Пэна. Спецификацию и практику нанесения должны определять инструкции изготовителей каната и подъемной машины, утверждённый проект подъемной системы и действующие горные правила. (HSE)

Экспертиза двух канатов, использовавшихся на подземных угольных шахтах, выявила плохую смазку вместе с износом и коррозией. Это подтверждает недостаточную смазку как способствующий фактор в этих случаях, но не как единственную или преобладающую причину на шахтах в целом. (Singh, Mallick and Verma, 2016)

ISO 3156:1976 устанавливает характеристики и методы испытаний пропиточных составов, смазок и эксплуатационных покрытий для прядевых шахтных подъемных канатов. Это стандарт на материалы и испытания; он не задаёт единый интервал повторной смазки для всех стволов.

Коррозия и усталость взаимодействуют; один лишь pH не предсказывает срок службы каната

Коррозия может уносить металл, образовывать язвы и нарушать защитное состояние поверхности. При циклическом нагружении язвы и другие поверхностные дефекты концентрируют напряжения и могут становиться очагами трещин. Поэтому коррозионная усталость — это связанный процесс: среда меняет поверхность, с которой может начаться механическое растрескивание, а циклическая деформация и контакт постоянно нарушают эту поверхность.

Ван (Wang) и коллеги испытывали гладкие проволоки диаметром 1 мм из шахтного каната 6×19. Временное сопротивление проволоки составляло 1 750 МПа; испытания проводились в лабораторных растворах с pH 2,97, 6,97 и 9,97. Кислый раствор дал наименьшую усталостную долговечность среди исследованных условий. Этот результат на уровне проволоки подтверждает влияние химии раствора на зарождение трещин; он не показывает, что кислые шахтные воды сами по себе вызывают разрушение целого каната или что pH достаточно для описания среды. (Wang et al., 2016)

То же исследование показывает, почему с цифрами числа циклов нужно обращаться осторожно. При максимальном напряжении 800 МПа в нейтральном растворе было получено около 72 000 циклов при 2 Гц и коэффициенте асимметрии R = 0,5 против примерно 5 700 циклов при 5 Гц и R = 0,05. Это результаты испытаний гладких проволок 1 мм в заданных растворах, а не диапазон срока службы шахтных канатов. Кроме того, усталостная долговечность обычно имеет разброс, и статья не представляла эти два значения как универсальные средние.

Результаты других исследований коррозионной усталости могут казаться противоречивыми, когда они измеряют разные стадии. Испытания гладкой проволоки включают зарождение трещины; образцы с предварительной трещиной отражают её рост. Частота меняет время воздействия на цикл, коэффициент асимметрии — среднее напряжение и закрытие трещины, а химия раствора не сводится к pH. Тенденцию, наблюдаемую для зарождения, нельзя автоматически переносить на рост трещин в целом канате.

Опыты по фреттинг-коррозии скрещённых проволок при растяжении с кручением добавляют ещё одно осложнение. В одном исследовании механические показатели — рассеянная энергия, глубина износа и параметры роста трещин — при определённых изменениях нагружения росли, тогда как электрохимический коррозионный отклик менялся в противоположную сторону. Механический износ и электрохимическая реакция — разные каналы повреждения; усиление одного не обязательно усиливает другой. Это было лабораторное исследование скрещённых проволок, а не каната в эксплуатации. (Wang, Zhu and Song, 2020)

Обоснованный инженерный вывод условен: отклик на коррозионную усталость зависит от химии раствора, времени воздействия, амплитуды и асимметрии напряжений, частоты, конструкции каната, смазки и уже имеющихся повреждений.

Кручение, монтаж и соответствие материала добавляют разные риски

Остаточное или приложенное кручение

Кручение меняет то, как спирально уложенные проволоки и пряди прижимаются, скользят и изгибаются относительно друг друга. В ускоренных испытаниях целых канатов на изгиб Ху (Hu) и коллеги задавали закручивание и раскручивание и отметили примерно линейное снижение стойкости к усталости при изгибе во всём испытанном диапазоне углов. Оба направления увеличивали удлинение, а закручивание в этой конфигурации было опаснее раскручивания. (Hu et al., 2023)

Такой порядок не универсален. Кручение, заданное в лаборатории, не тождественно любой ошибке монтажа или источнику вращения в эксплуатации, а отклик зависит от конструкции каната, направления свивки, нагрузки и геометрии стенда. Подтверждённый вывод: остаточное или приложенное кручение может менять внутренний контакт, развитие следов износа и стойкость к усталости при изгибе. Поэтому при монтаже и замене каната кручение нужно контролировать в соответствии с документацией на канат и подъемную машину.

Соответствие материала и изготовления

Преждевременное повреждение может возникнуть и тогда, когда поставленный канат не соответствует заявленному материалу или конструкции. Петерка (Peterka) и коллеги исследовали преждевременно повреждённый канат буровой подъемной установки и неиспользованный резервный образец. Экспертиза и металлургический анализ показали, что канат был изготовлен из другой марки, чем заявленный класс 1 770 МПа. Проволоки разной прочности в наружном слое прядей деформировались по-разному; менее прочные проволоки выпадали, сворачивались и разрушались после короткой эксплуатации. (Peterka et al., 2014)

Это единичный случай буровой подъемной установки, а не доказательство того, что несоответствие изготовления — распространённая причина разрушений в шахтных стволах. Но он показывает, почему при закупке недостаточно указать номинальное разрывное усилие: конструкция, марка, свивка, покрытие, сердечник, смазка, сертификаты испытаний и приёмочные документы должны соответствовать утверждённому режиму работы.

ISO 3154:1988 устанавливает технические условия поставки прядевых шахтных подъемных канатов в своей области применения; ISO 5614:1988 выполняет аналогичную роль для канатов закрытой конструкции. EN 12385-6 содержит особые требования к прядевым канатам для шахтных стволов в рамках EN 12385, а EN 12385-7 устанавливает дополнительные требования к подъемным канатам закрытой конструкции и направляющим канатам полузакрытой и закрытой конструкции для шахтных стволов. Соответствие при поставке необходимо, но оно не определяет состояние каната в эксплуатации после монтажа.

Обрывы проволок меняют путь передачи нагрузки ещё до окончательного разрыва

Оборванная проволока — это не просто цифра в подсчёте. Как только она перестаёт нести свою долю нагрузки, усилия и напряжения перераспределяются по оставшейся конструкции. Поэтому расположение и скопление повреждений могут значить не меньше, чем общее число обрывов.

Чжан (Zhang) и коллеги вносили в целые канаты контролируемые схемы обрывов наружных проволок и подвергали их многократному изгибу. Испытания и анализ показали рост напряжений и контактных усилий во внутренних прядях после поверхностных обрывов. Среди испытанных конфигураций наиболее опасной оказалась сосредоточенная схема 1×4. Это не делает четыре соседних обрыва универсальным критерием отбраковки: дефекты создавались в канате одной конструкции, а нормативные критерии зависят от типа каната, базовой длины и юрисдикции. Исследование подтверждает вывод на уровне механизма: сосредоточенные повреждения могут быть опаснее того же числа разнесённых обрывов. (Zhang et al., 2017)

В том же исследовании были выделены разломы, вызванные износом или усталостью, в отличие от пластической перегрузки в проволоках, сохранившихся до момента окончательного разрушения. Испытания с контролируемым износом продемонстрировали аналогичную последовательность: сначала разрушались сильно изношенные наружные проволоки, а затем внутренние проволоки принимали на себя измененные нагрузки. Именно поэтому пластическая перегрузка на последних сохранившихся проволоках не является автоматическим доказательством того, что причиной события послужила чрезмерная полезная нагрузка. Это может быть конечным типом разрушения после того, как прогрессирующее повреждение привело к уменьшению эффективного сечения. (Chang et al., 2019)

Эта последовательность не является неизбежной. Разовые перегрузки, отказ крепления, ударное воздействие или дефект материала могут породить иную цепь событий. Имеющиеся данные убедительно свидетельствуют в пользу разграничения инициирующего механизма деградации и конечного характера разрушения при проведении расследования причин отказов.

Контроль шахтных подъемных канатов: внешний вид, возраст и номинальная прочность не позволяют установить полное состояние

Визуальный осмотр незаменим, однако поверхность не может выявить каждый внутренний дефект. Измерение диаметра позволяет определить определенные виды износа или деформации, в то время как методы электромагнитного контроля или контроля рассеяния магнитного потока могут указывать на локальные дефекты и уменьшение площади поперечного сечения металла. Ни уменьшение диаметра, ни результат неразрушающего контроля сами по себе не являются прямым измерением остаточной разрывной прочности.

Испытания на разрушение списанных тросов, проведенные Тытко и его коллегами, наглядно демонстрируют, почему календарный возраст также является неполноценным показателем. Один трос диаметром 60 мм с пластиковой пропиткой, снятый через 50 месяцев, продемонстрировал, согласно отчету, снижение суммарной разрывной силы его проволок на 7,91 TP3T. Другой канат диаметром 61 мм, демонтированный через 48 месяцев, продемонстрировал снижение суммарной прочности проволок примерно на 20% и снижение разрывной силы всего каната на 23,25%. Речь идет о результатах наблюдений за двумя разными канатами, а не о статистически репрезентативном сравнении или о правиле замены через четыре года. Стохастический анализ, проведенный в рамках данного исследования, также подтверждает, что результаты по прочности проволок представляют собой распределения, а не единичное детерминированное значение. (Tytko et al., 2025)

Онур представил отчет о трёх сериях электромагнитных обследований на месте четырёх головных тросов Копе с треугольной скруткой 6×37 и диаметром 38 мм на шахте "Козлу № 1" в Турции. В ходе работ отслеживались признаки потери металлической площади и локализованных дефектов, а также рассчитывалось их влияние на коэффициент безопасности. При этом не проводилась разрушающая проверка каждого признака и не устанавливалась универсальная зависимость между амплитудой сигнала и остаточной прочностью. На интерпретацию результатов влияют такие факторы, как оборудование, намагничивание, калибровка, конструкция троса, скорость и геометрия дефекта. (Онур, 2012)

В бюллетене MSHA P09-10 описывается трос служебного ствола, в котором значительные внутренние точечные коррозионные повреждения и коррозия не были должным образом выявлены при измерении диаметра в точке и испытаниях на разрыв. В бюллетене рекомендуется в соответствующих случаях проводить электромагнитное исследование, поскольку в противном случае внутреннее изношение может остаться незамеченным. В нем не указывается, что электромагнитное исследование заменяет визуальный осмотр. Визуальный осмотр по-прежнему необходим для выявления видимых обрывов проволок, коррозии, деформаций, повреждений от перегрева, локального износа и состояния креплений. (MSHA PIB P09-10)

Оценка состояния должна, следовательно, сочетать взаимодополняющие показатели и тенденции, как это требуется для конкретной установки. В зависимости от действующего режима это может включать результаты визуального контроля с привязкой к местоположению, исходные и последующие измерения диаметра, распределение обломанных проволок, признаки потери площади металла и локальных дефектов, разрушающие испытания или испытания на образцах, историю эксплуатации и изменения с течением времени. Возраст, номинальное усилие разрыва, средний диаметр или один результат неразрушающего контроля не должны рассматриваться как исчерпывающая оценка.

Шахтные подъемные системы

Монтаж шахтного подъемника SEKLIFT для вертикального перемещения на горнодобывающем участке.

Стандарты и правила для шахтных подъемных канатов определяют разные части системы принятия решений

Стандарты на продукцию, методы испытаний, руководства регуляторов и обязательные правила для шахт выполняют разные задачи. Стандарты на продукцию определяют требования к поставке канатов определенных конструкций. Стандарты на испытания определяют порядок измерения свойств. Горное законодательство, утвержденные правила и эксплуатационные разрешения регламентируют монтаж, осмотр, испытания и вывод из эксплуатации. Публикация стандарта не означает его юридическую применимость в каждой стране, а сертификат продукции не свидетельствует о текущем состоянии каната.

Международные и европейские стандарты

На момент проверки каталог ISO указывал ISO 3154:1988, ISO 3155:1976, ISO 3156:1976 и ISO 5614:1988 как опубликованные/действующие документы, одновременно отмечая пересмотр или подготовку новых редакций этих старых изданий. ISO 3108:2017 оставался действующим методом определения фактического разрывного усилия. ISO 4309:2017 оставался опубликованным, но был отмечен как пересматриваемый, с разработкой нового документа. Поэтому пользователям следует проверять редакцию, требуемую договором или законом на момент применения. Статус стандартов проверен 3 сентября 2026 г.

• ISO 3154:1988 — технические условия поставки прядевых шахтных подъемных канатов в заявленной области применения.
• ISO 5614:1988 — технические условия поставки шахтных подъемных канатов закрытой конструкции.
• ISO 3155:1976 — характеристики и испытания волокнистых элементов прядевых шахтных подъемных канатов.
• ISO 3156:1976 — характеристики и испытания пропиточных составов, смазок и эксплуатационных покрытий.
• ISO 3108:2017 — метод испытания на растяжение для определения фактического разрывного усилия.
• ISO 4309:2017 — уход, обслуживание, контроль и отбраковка канатов кранов, лебёдок и подъемников; для горных применений носит вспомогательный характер и применяется только при ссылке на него в действующей нормативной базе.

На момент проверки BSI указывал BS EN 12385-1:2002+A1:2008, BS EN 12385-2:2002+A1:2008, BS EN 12385-6:2004 и BS EN 12385-7:2002 как действующие и находящиеся на пересмотре. Часть 1 устанавливает общие требования к изготовлению и испытаниям; часть 2 — термины, обозначения и классификацию. Часть 6 содержит особые требования к прядевым и плоским канатам для шахтных стволов и применяется вместе с частями 1 и 2. Часть 7 устанавливает дополнительные к части 1 требования к материалам, изготовлению и испытаниям подъемных канатов закрытой конструкции и направляющих канатов полузакрытой и закрытой конструкции для шахтных стволов в рамках серии EN 12385. Это стандарты на продукцию, а не универсальные правила отбраковки в эксплуатации. (BSI: Part 1; Part 2; Part 6; Part 7)

США: важны категория шахты и область применения оборудования

Прежнего упрощения «положения США для металлических и неметаллических шахт» недостаточно. Действующие федеральные правила используют параллельные, но разные для каждой категории разделы:

• 30 CFR Part 56 распространяется на открытые разработки металлических и неметаллических полезных ископаемых.
• 30 CFR Part 57 распространяется на подземные металлические и неметаллические шахты.
• 30 CFR Part 75 распространяется на подземные угольные шахты.
• 30 CFR Part 77 распространяется на угольные разрезы и наземные рабочие зоны подземных угольных шахт.

Цитируемые положения о подъемных канатах — §§56.19023, 57.19023, 75.1433 и 77.1433 — требуют визуального осмотра рабочей длины каната не реже одного раза в 14 календарных дней и не реже одного раза в шесть месяцев — либо неразрушающего контроля рабочей длины, либо предписанных измерений диаметра в местах, подверженных износу. Ежедневный осмотр требуется для участка, на котором видимое состояние может снижать прочность. Соответствующие разделы об отбраковке — §§56.19024, 57.19024, 75.1434 и 77.1434 — включают уменьшение диаметра из-за износа более чем на 6 % от базового измерения диаметра и потерю прочности каната более 10 % по данным НК, наряду с критериями по обрывам проволок, коррозии, деформациям и тепловым повреждениям. Базовое значение устанавливается после начальной вытяжки, но до появления видимого износа согласно §§56.19022, 57.19022, 75.1432 и 77.1432. (30 CFR Parts 56 and 57; Parts 75 and 77)

Эти проценты — американские нормативные критерии отбраковки канатов в указанной области применения, а не глобальные пороги разрушения материала. Положение о применении части 57 и цитируемые положения об области применения частей 75 и 77 прямо исключают стальные канаты лифтов; поэтому конкретную установку нужно правильно классифицировать, прежде чем применять какой-либо раздел. Их нельзя автоматически переносить на шахтный лифт, проект в Турции или другую юрисдикцию.

Великобритания, Новый Южный Уэльс и Турция

Руководство HSE (Великобритания) Steel wire ropes in vertical mine shafts предназначено для тех, кто изготавливает, выбирает, монтирует, осматривает, обследует или обслуживает подъемные, уравновешивающие, направляющие и отбойные канаты. Его технические приложения посвящены обслуживанию, износу и отбраковке. Это авторитетное руководство, а не универсальный закон и не замена действующих в Великобритании юридических обязанностей. (HSE)

Свод правил NSW «Шахтные стволы и подъемные системы» (версия 2, апрель 2026 г.) — утверждённый свод правил согласно разделу 274 Закона NSW об охране труда 2011 года. Он содержит указания по управлению основными опасностями для подземных шахтных стволов и подъемных систем, включая меры на протяжении жизненного цикла и канаты. Он допустим в судебных разбирательствах и может служить доказательством того, что известно об опасности или мере контроля; но сам по себе не является исчерпывающим изложением закона, и там, где это допускает система WHS, могут применяться равноценные или более строгие методы. (NSW Resources Regulator, 2026)

В ходе этого обзора не удалось найти в доступном авторитетном источнике единого турецкого режима для шахтных подъемных канатов, который можно было бы надёжно обобщить для всех типов шахт и категорий оборудования. Приведённое выше турецкое полевое исследование канатов Кёпе — это научные данные, а не законодательство. Для проектов в Турции следует уточнять действующее турецкое горное законодательство и законодательство об охране труда, применимые принятые стандарты TS EN, разрешения шахты и классификацию оборудования у компетентного органа и ответственного инженера, а не переносить пороги США, Великобритании или NSW.

Для реального проекта определяющая иерархия обычно начинается с:

1. Применимого горного законодательства, законодательства об охране труда и требований надзорных органов.
2. Разрешений шахты, обоснования безопасности подъемной системы или плана управления основными опасностями и применимых утверждённых сводов правил.
3. Инструкций изготовителей каната и подъемной машины для утверждённой конфигурации.
4. Применимых стандартов на шахтные канаты и методы их испытаний.
5. Общих руководств по стальным канатам — только там, где действующая нормативная база на них ссылается или допускает их.

Рассматривайте канат как контролируемую механическую систему

Разрушение шахтного подъемного каната лучше понимать как последовательность событий, а не как ярлык. Динамическое нагружение, изгиб, кручение, геометрия контакта, смазка и среда могут вызывать абразивный или адгезионный износ, фреттинг, усталостные трещины, коррозионные язвы, внутренние обрывы или локальную потерю металлического сечения. По мере развития повреждений меняется распределение нагрузки. Оставшиеся проволоки в итоге могут разрушиться от вязкой перегрузки, даже если потерю несущей способности начала постепенная деградация.

Эта модель не означает, что любое разрушение постепенное или одинаковое. Она объясняет, почему первопричину нельзя определить по одной поверхности излома, одному значению диаметра, одной записи НК, календарному возрасту или номинальному разрывному усилию. Каждый показатель отвечает лишь на часть вопроса о состоянии.

Для горных инженеров и отделов закупок практический вывод — системный подход к спецификации и подтверждениям: подбирать конструкцию и марку каната под подъемную машину и режим работы; проверять соответствие продукции; контролировать кручение при монтаже и смазку; сохранять базовые измерения; отслеживать в динамике результаты визуального осмотра и НК с привязкой к участкам; применять правила осмотра и отбраковки своей юрисдикции. Решения о замене должны оставаться привязанными к проекту и приниматься компетентным инженером шахты или подъемной системы в рамках применимой правовой и утверждённой технической базы.