Способ тушения локальных подземных очагов горения торфяных пожаров
Владельцы патента RU 2659894:
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС России) (RU)
Изобретение относится к способам тушения локальных подземных очагов горения торфяных пожаров в условиях ограниченного применения тяжелой техники, оборудования и риска пребывания людей. Сущность заявляемого способа заключается в определении границы активного локального подземного очага горения торфяного пожара в виде подземной камеры, бурении наклонной скважины в направлении названной камеры с установкой обсадной колонны в направлении очага горения, подаче огнетушащего средства в зону горения подземной камеры торфяного пласта. В качестве огнетушащего средства используют взрывной заряд, мощность которого определяют после разведки активного локального подземного очага горения торфяного пожара, размещают названный заряд в подземной камере торфяного пласта и осуществляют его подрыв, в результате чего производят смешивание горящих и не горящих слоев торфа до полного тушения очага горения торфяного пожара. Заявляемый способ тушения локальных подземных очагов горения торфяных пожаров прост в эксплуатации и может быть использован при тушении локальных торфяных пожаров с любой глубиной залегания торфа. 2 ил.
Изобретение относится к способам тушения локальных подземных очагов горения торфяных пожаров в условиях ограниченного применения тяжелой техники, оборудования и риска пребывания людей.
Известно (e-ng.ru>zhiznedeyatelnosti…torfyanye_pozhary.html). что торфяные пожары чаще всего бывают в местах добычи торфа, возникают обычно из-за неправильного обращения с огнем, от разрядов молнии или самовозгорания. Торф склонен к самовозгоранию, оно может происходить при температуре выше 50°С (в летнюю жару поверхность почвы в средней полосе может нагреваться до 52-54°С). Кроме того, достаточно часто почвенные торфяные пожары являются развитием низового лесного пожара. В слой торфа в этих случаях огонь заглубляется у стволов деревьев. Горение происходит медленно, беспламенно. Подгорают корни деревьев, которые падают, образуя завалы. Торф горит медленно на всю глубину его залегания. Торф может гореть во всех направлениях независимо от направления и силы ветра, а под почвенным горизонтом он горит и во время умеренного дождя и снегопада.
Известно, что выбор способов и технических средств для тушения пожара зависит от вида, интенсивности и скорости распространения пожара, окружающей обстановки, наличия сил и средств пожаротушения, намечаемых тактических приемов и сроков тушения, а также метеорологической обстановки (Ю.Л. Воробьев, В.А. Акимов, Ю.И. Соколов; Под общ. ред. Ю.Л. Воробьева. Лесные пожары на территории России: Состояние и проблемы. МЧС России. – М.: ДЭКС-ПРЕСС, 2004, с. 183).
Известен способ локализации и/или тушения пожара (Патент RU №2245181, МПК A62C 3/02 (2006.01), опубл. 27.01.2005), заключающийся в воздействии на зону пожара воздушной ударной волны и высокоскоростного потока аэродисперсной смеси огнетушащего состава, создаваемых при взрыве пожароподавляющего устройства, содержащего диспергирующий заряд и емкость с огнетушащим составом, при этом емкость пожароподавляющего устройства снабжают элементами конструкции, обеспечивающими доставку этого устройства к зоне пожара и/или установку этого устройства на пути распространения пожара, при этом указанные элементы конструкции отделяют от емкости до взрыва диспергирующего заряда.
Работа устройства, реализующего данный способ, происходит следующим образом.
При подаче электрического сигнала на средство инициирования и пироболты происходит срабатывание пироболтов с заданной задержкой по времени и подвесная система отделяется от емкости, после чего инициируется диспергирующий заряд, при срабатывании которого образуется воздушная ударная волна и высокоскоростной поток аэродисперсной смеси огнетушащего состава.
Однако применение этого способа для тушения торфяных пожаров, в том числе, локальных подземных очагов горения, ограничено по следующим причинам.
В результате экспериментальных исследований тушения лесных пожаров, проведенных с использованием самолета ИЛ-76 МД, было выяснено, что глубина промачивания почвы после сброса воды составляет 5-7 см (Е.А. Москвилин. Применение авиации для тушения лесных пожаров. Пожарная безопасность 1-2009).
Кроме этого, названный способ не учитывает то динамическое воздействие на поверхность торфяника, которое оказывает воздушная ударная волна, приводящая к выбросу горящих слоев (фрагментов) торфа за периметр контролируемой зоны, что может привести к дальнейшему распространению пожара с новой силой.
Известен способ тушения торфяного пожара на глубине (Патент RU №2438739, МПК A62C 3/02 (2006.01), опубл. 10.01.2012), принятый за прототип заявляемого способа. Сущность указанного способа заключается в том, что воду подают непосредственно к очагу горения, для чего в зависимости от глубины расположения очага на удаленном расстоянии от него проходят котлован глубиной, соответствующей глубине нахождения огня, и из него пробуривают горизонтальную с установкой обсадной колонны скважину в направлении очага горения либо, если огонь находится на значительной глубине торфяника, с поверхности земли на удаленном расстоянии от очага горения пробуривают наклонную с установкой обсадной колонны скважину в направлении очага горения и искривляют ее в горизонтальной плоскости на глубине горения торфа, затем в пробуренную любым способом скважину помещают перфорированную на конце бурильную трубу и подают в нее под давлением воду, после ликвидации очага горения бурильную трубу извлекают, а обсадную колонну используют для тушения повторного возгорания.
Для реализации способа с поверхности земли или из котлованов пробуривают несколько скважин по сетке, а в перфорированную бурильную трубу подают под давлением специально подготовленную жидкость в виде смеси воды и поверхностно-активных веществ или различных солей.
Однако при тушении очага горения торфяного пожара в названном способе воду используют только для затопления подземной камеры, в которой происходит горение, а смешивание горящих и не горящих слоев торфа с помощью энергии взрыва этот способ не предусматривает.
Задача заявляемого технического решения заключается в повышении эффективности борьбы с подземными торфяными пожарами.
Сущность заявляемого способа заключается в том, что в способе тушения локальных подземных очагов горения торфяных пожаров, включающем определение границы активного локального подземного очага горения торфяного пожара в виде подземной камеры, бурение наклонной скважины с установкой обсадной колонны в направлении очага горения, доставку огнетушащего средства в зону локального подземного очага горения, в качестве огнетушащего средства используют взрывной заряд, мощность которого определяют после разведки активного локального подземного очага горения торфяного пожара, размещают названный заряд в центре очага горения и осуществляют его подрыв, в результате чего доминирует процесс перемешивания взрывной волной горящих и не горящих слоев торфа и происходит тушение названного очага горения торфяного пожара.
Технический эффект, реализуемый заявляемым способом, обуславливается следующим.
Использование в качестве огнетушащего средства взрывного заряда позволяет осуществить быстрое перемешивание горящих и не горящих слоев торфа, в результате чего температура торфа снижается до значений, при которых горение торфа невозможно, что приводит к полному тушению очага горения торфяного пожара.
Определение мощности взрывного заряда после разведки активного локального подземного очага горения торфяного пожара позволяет повысить надежность тушения локального подземного очага горения торфяных пожаров. Следует отметить, что избыточная мощность взрывного заряда может привести к выбросу горящих слоев торфа на его поверхность, в результате чего может произойти дальнейшее распространение пожара.
Размещение взрывного заряда в центре очага горения торфяного пласта и последующий его подрыв позволяет использовать энергию взрыва, осуществить быстрое и равномерное смешивание горящих и не горящих слоев торфа и тушение очага горения торфяного пожара.
Ранее было установлено (Авторское свидетельство SU №1591999, 15.05.1990), что горит торф при 600°С, а всего в каких-то 20-30 сантиметрах от кромки пожара температура торфа не горящего - уже лишь 10-15°С из-за его высокой теплоизолирующей способности. Механическое смешивание двух слоев позволяет резко сбросить температуру в очаге до его полного угасания.
Однако этот способ тушения торфяного пожара предусматривает только поверхностное тушение локальных очагов горения торфяных пожаров, например, с помощью бульдозера (Дешевый способ тушения пожаров никому не нужен - Реферат.mht).
Учитывая плохую смачиваемость торфа водой из-за наличия в его составе до 25% битума, применение воды для тушения локальных подземных очагов горения торфяных пожаров, по мнению авторов изобретения, ограничено, а нахождение людей в этих местах крайне опасно. В связи с этим дистанционный подрыв торфяного пласта с помощью взрывного заряда позволяет осуществить тушение пожара без присутствия людей в опасной зоне.
Таким образом, отличительные признаки предлагаемого технического решения являются новыми и отвечают условию патентоспособности «новизна».
При определении соответствия отличительных признаков предлагаемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень» был проанализирован уровень техники и, в частности, известные способы и устройства, относящиеся к техническим решениям, связанным с тушением локальных подземных очагов горения торфяных пожаров.
Известен способ тушения торфяных лесных пожаров при помощи авиабомб, доставляемых в зону пожара вертолетом на платформе (Патент RU №2201776, МПК A62C 3/02, F42B 25/00, опубл. 10.04.2003), включающий доставку в зону пожара пластмассовой авиабомбы с огнетушащим веществом и высвобождение и распыление последнего, причем доставку авиабомбы в зону пожара осуществляют путем сбрасывания ее с подвешенной к вертолету платформы с высвобождением взрывного заряда авиабомбы при взаимодействии взрывателя, соединенного с носовой винтовой частью авиабомбы, которая при падении за счет хвостового оперения авиабомбы создает большее вращательное движение, вворачивается в торф. Происходит контакт и трехсекундный замедленный взрыв с одновременным высвобождением и распылением огнетушащего вещества.
Согласно описанию данного изобретения эффект тушения определяется не только физико-химическими свойствами, но и направленностью взрывов, концентрацией газодисперсного потока на очаг горения. При этом поверхность не турбулизуется взрывной волной, также сбивается поверхностный огонь на площади 100-150 м2. Происходит проникающее охлаждение, ингибирование, локализация и полное подавление огня, а реализация воздействия происходит за время 0,1-0,5 с после взрыва, то есть практически мгновенно.
Ранее было установлено, что:
- торфяник горит в глубине, а не у поверхности и когда падающая с большой высоты вода ударяется о почву, в воздух вылетает горящая торфяная крошка, что приводит только к усилению пожара (Торфяные пожары - Википедия. html);
- взрыв - быстропротекающий физический или физико-химический процесс, проходящий со значительным выделением энергии в небольшом объеме за короткий промежуток времени и приводящий к ударным, вибрационным и тепловым воздействиям на окружающую среду вследствие высокоскоростного расширения продуктов взрыва. (Взрыв - Википедия. html).
Поэтому представленные в техническом решении (Патент RU №2201776, МПК A62C 3/02, F42B 25/00, опубл. 10.04.2003) доводы, что поверхность не турбулизуется взрывной волной, по мнению авторов изобретения, не подтверждены научно обоснованными данными, а избыточная мощность взрывного заряда, как было отмечено ранее, может привести к выбросу горящих слоев торфа на его поверхность и дальнейшему распространению пожара.
Анализ других технических решений показал, что известные способы и устройства не решают отмеченные ранее задачи, решаемые заявляемым способом тушения локальных подземных очагов горения торфяных пожаров.
На основании изложенного можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень», а само изобретение является новым.
При реализации заявляемого технического решения необходимо учитывать следующие сведения.
Известно (Евгений Трунов «Чем больше технологий тушения пожаров, тем лучше» Журнал ЛесПромИнформ. Архив..html), что торф - это органическое соединение, не до конца сгнившая древесина, в которой в результате отсутствия доступа воздуха к ней образуется определенный субстрат. Когда огонь проникает на большую глубину, тем, кто тушит пожар, надо быть очень осторожными - из-за выгорания слоев можно провалиться в образовавшуюся дыру. Сами по себе торфяные пожары не наносят большого ущерба лесу, открытого огня нет, но тление торфа сопровождается обильным выделением дыма, которым заволакивает большие площади, и весьма неприятного запаха. Дым от тлеющих торфяников особенно вредно воздействует на людей с заболеваниями дыхательных путей.
Ранее было установлено (http://www.refbzd.ru.html), что торфяные пожары характерны для второй половины лета, когда в результате длительной засухи верхний слой торфа просыхает до относительной влажности 25-100%. При таком содержании влаги он может загораться и поддерживать горение в нижних, менее сухих слоях. Глубина прогорания торфяной залежи определяется уровнем залегания грунтовых вод.
Горение обычно происходит в режиме "тления", то есть в беспламенной фазе как за счет кислорода, поступающего вместе с воздухом, так и за счет его выделения при термическом разложении сгораемого материала.
Процесс горения в нижней части происходит значительно интенсивней, чем вверху. Это объясняется тем, что свежий холодный воздух, как более тяжелый, поступает в нижнюю часть зоны горения, где реагирует с горящим торфом. Углекислый и угарный газы, а также продукты пиролиза (термическое разложение органических соединений без доступа воздуха) торфа в нагретом виде омывают верхнюю часть зоны горения, препятствуя доступу к ней кислорода. Также распространению горения на верхние слои почвы препятствует повышенная влажность в задернелом корнеобитаемом слое почвы, хорошо удерживающем влагу от выпадения осадков и капиллярного подъема грунтовых вод.
Торфяной пожар тушить намного тяжелее, чем другие, например, его невозможно потушить водой. Для этой цели необходимо использовать ретарданты - смачиватели, химические или биологические соединения, которые предназначены для того, чтобы снижать площадь поверхностного натяжения воды. Капелька воды катается по торфу, как по гладкому полу. Если же при обработке торфяников использовать ретарданты, то гигроскопичность торфа резко возрастает.
Осуществление технического решения, заложенного в заявленном способе тушения локальных подземных очагов горения торфяных пожаров, может быть реализовано следующим образом.
На фиг. 1 представлена технологическая схема бурения и устройства наклонной скважины в направлении локального подземного очага горения торфяных пожаров, на фиг. 2 - схема реализации заявляемого способа тушения локальных подземных очагов горения торфяных пожаров.
При тушении локальных подземных очагов горения торфяных пожаров производят следующие действия.
После проведенной разведки определяют границы 1 активного локального подземного очага горения 2 торфяного пожара. На поверхности торфяного пласта 3 с помощью буровой установки 4 пробуривают наклонную скважину 5 (фиг. 1), в которой устанавливают обсадную колонну (условно не показана) в направлении очага горения 2. В устье скважины 5 устанавливают кондуктор 6. Сама буровая установка 4 снабжена бурильной колонной 7 с долотом 8.
После окончания бурильных работ буровую установку 4 демонтируют.
На конце 11 (фиг. 2) скважины 5 в зоне активного локального подземного очага горения 2 торфяного пожара монтируют штангу 12, на которой в центре очага горения 2 устанавливают взрывной заряд 9, мощность которого определяют после разведки активного локального подземного очага горения 2 торфяного пожара.
В устье скважины 5 на кондукторе 6 устанавливают подрывное устройство 10.
От подрывного устройства 10 к взрывному заряд 9 в скважине 5 проложена электрическая линия 13.
Тушение локального подземного очага горения 2 торфяных пожаров (фиг. 2) производят следующим образом.
По команде руководителя тушения запускают подрывное устройство 10, сигнал от которого поступает по линии 13 к взрывному заряду 9.
В результате указанного взаимодействия производят дистанционный подрыв взрывного заряда 9.
После взрыва поверхность на границе 1 активного локального подземного очага горения 2 торфяного пожара турбулизуется взрывной волной, происходит быстрое перемешивание горящих и не горящих слоев торфа, в результате чего температура торфа снижется до значений, при которых горение торфа невозможно, что приводит к полному тушению очага горения торфяного пожара.
Мощность взрывного заряда 9 подбирают таким образом, чтобы взрывная волна не вышла на поверхность торфяного пласта 3.
При установке избыточно мощного взрывного заряда 9 в локальном подземном очаге горения 2 торфяного пожара наблюдается выброс горящих слоев (фрагментов) торфа за периметр контролируемой зоны за счет быстропротекающих физических или физико-химических процессов, проходящих со значительным выделением энергии в небольшом объеме за короткий промежуток времени, что может привести к дальнейшему распространению пожара с новой силой.
Заявляемый способ тушения локальных подземных очагов горения торфяных пожаров прост в эксплуатации и может быть использован при тушении локальных торфяных пожаров с любой глубиной залегания торфа в условиях ограниченного применения тяжелой техники, оборудования и риска пребывания людей.
Способ тушения локальных подземных очагов горения торфяных пожаров, включающий определение границы активного локального подземного очага горения торфяного пожара, бурение наклонной скважины с установкой обсадной колонны в направлении очага горения, доставку огнетушащего средства в зону локального подземного очага горения, отличающийся тем, что в качестве огнетушащего средства используют взрывной заряд, мощность которого определяют после разведки активного локального подземного очага горения торфяного пожара, размещают названный заряд в центре очага горения и осуществляют его подрыв, в результате чего доминирует процесс перемешивания взрывной волной горящих и не горящих слоев торфа и происходит тушение названного очага горения торфяного пожара.
