Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ТУШЕНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ ОЧАГОВ ГОРЕНИЯ ТОРФЯНЫХ ПОЖАРОВ

Изобретение относится к способам тушения локальных подземных очагов горения торфяных пожаров в условиях ограниченного применения тяжелой техники, оборудования и риска пребывания людей.

Известен способ предотвращения и локализации пожара на торфяниках (Патент RU №2444388, МПК А62С 3/02 (2006.01), опубл. 10.03.2012), включающий размыв торфа подаваемой пульпой с одновременным заполнением размытой воронки минеральным грунтом и выносом размытой массы обратным потоком, при этом подаваемую к участку пульпу сгущают, разделяют на осветленный и сгущенный потоки, осветленным потоком размывают траншеи преимущественно по возвышениям рельефа и заполняют их минеральным грунтом крупной и средней фракций сгущенной пульпы, а смесь размытого торфа с мелкими фракциями осветленной пульпы переливают через бровки траншей на прилегающие торфяные площади.

В процессе размыва траншеи происходит смешивание торфа и мелких частиц минерального грунта с водой.

Однако этот способ предусматривает профилактические противопожарные мероприятия посредством размыва локальных участков торфяного пласта только до пожара.

Известно устройство для тушения пожаров на торфяниках и особо сложных лесных пожаров (Патент Российской Федерации на полезную модель №83013, опубл. 20.05.2009).

Устройство состоит из боевой части, предназначенной для тушения подземных пожаров на различных глубинах от 0,1 метра до 2,0 метров и различных площадях, содержит средства обеспечения, представляющие собой устройства для приготовления огнегасящей жидкости, средств доставки компонентов огнегасящей жидкости к очагу пожара, средств передвижения и перевозки. Боевая часть устройства выполнена в виде стрелы с возможностью заглубления в толщу грунта на требуемую глубину и с возможностью подачи огнегасящей смеси непосредственно к очагу возгорания.

Данное устройство не предназначено для механического смешивания горящих и не горящих слоев торфа до полного тушения очага горения торфяного пожара.

Известен способ предотвращения и борьбы с возгораниями торфяников (Заявка Российской Федерации №2002123551/12 от 03.09.2002, опубл. 20.04.2004, Бюл. №11, I ч.).

Сущность указанного технического решения заключается в том, что в способе предотвращения возгорания торфяников, включающем использование воды, производят бурение системы нагнетательных скважин и нагнетание требуемых объемов воды для затопления пространства нижних слоев отложений торфа и замещения из пор воздуха, увлажнения верхних слоев скелета отложений торфа за счет капиллярной пропитки и затем периодически или постоянно восполняют утечки воды вследствие фильтрационных процессов.

Названный способ не предусматривает также механическое смешивание горящих и не горящих слоев торфа.

Известен ствол для тушения торфяных пожаров (Патент RU №2277956, МПК А62С 3/02, опубл. 20.06.2006), который содержит перфорированную трубку с наконечником, две полые рукоятки, одна из которых снабжена штуцером для подсоединения гибкого рукава с краном, открывающим подачу огнетушащей жидкости из штуцера в перфорированную трубку с наконечником. Один из рядов перфораций выполнен в виде сопел, расположенных под углом 20-50° к оси ствола, остальные - под углом 90° к ней, а наконечник выполнен в виде торцевого расширяющегося сопла с углом расширения не менее 3°, причем сумма площадей сопел, расположенных под углом 20-50° к оси ствола, относится к сумме площадей перпендикулярных сопел и к площади торцевого сопла-наконечника как (20-25):(65-70):(8-12).

Ствол работает следующим образом. После присоединения к штуцеру гибкого рукава, подводящего огнетушащую жидкость, оператор нажатием на рукоятки погружает ствол с наконечником в торфяной пласт на глубину не менее высоты от наконечника до места расположения косых сопел, создающих реактивную тягу, открывает кран. Огнетушащая жидкость поступает в ствол, и через сопла происходит пропитка торфяного пласта, а струя огнетушащей жидкости из сопла размывает торфяной слой, и, в совокупности, ствол без приложения усилия оператора втягивается в торфяной горящий пласт на глубину 2-3 м.

Ранее было установлено, что выгоревшие места опасны, так как в них проваливаются участки дорог, техника, люди, дома. Из этого следует, что тушение торфяных подземных пожаров чрезвычайно сложно. Это обусловлено тем, что торф горит во всех направлениях залегания слоев (http://www.refbzd.ru.html).

По этой причине нахождение оператора в опасной зоне чрезвычайно крайне опасно.

Кроме этого, устройство может перемешивать при тушении наземного торфяного пожара только незначительный по толщине верхний слой торфяного пласта.

Заявляемый способ устраняет эти недостатки, так как производит локальное тушение торфяных пожаров дистанционно.

Известен способ тушения торфяного пожара на глубине (Патент RU №2438739, МПК А62С 3/02 (2006.01), опубл. 10.01.2012), принятый за прототип заявляемого способа.

Сущность указанного способа заключается в подаче воды ниже уровня поверхности земли, причем 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 в названном способе очага горения торфяного пожара воду используют только для затопления подземной камеры, в которой происходит горение, а механическое смешивание горящих и не горящих слоев торфа путем гидромеханической разработки названных слоев торфа этот способ не предусматривает.

Задача заявляемого технического решения заключается в повышении эффективности борьбы с 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 наклонных скважин в направлении названной камеры, подачу воды под давлением в зону горения подземной камеры торфяного пласта, монтируют поочередно в каждой из них скважинный гидромонитор с насадкой в передней части, производят размыв из названной насадки торфяного пласта водой путем кругового вращения скважинного гидромонитора поворотным механизмом и механическое смешивание горящих и не горящих слоев торфа до полного тушения очага горения торфяного пожара.

Технический эффект, реализуемый заявляемым способом тушения, обуславливается следующим.

Дистанционная подача воды с помощью гидромонитора позволяет исключить нахождение людей (пожарных спасателей и т.д.) в опасной зоне.

Дополнительное механическое смешивание горящих и не горящих слоев торфа до полного тушения очага горения торфяного пожара при послойном размыве торфяного пласта позволяет повысить надежность тушения локального очага горения торфяных пожаров.

Ранее было установлено (Авторское свидетельство SU №1591999, 15.05.1990), что горит торф при 600°C, а всего в каких-то 20-30 сантиметрах от кромки пожара температура торфа не горящего - уже лишь 10-15°C, из-за его высокой теплоизолирующей способности.

По мнению авторов изобретения, учитывая плохую смачиваемость торфа водой из-за наличия в его составе до 25% битума, применение воды для тушения локальных наземных и подземных очагов горения торфяных пожаров ограничено, а нахождение людей в этих местах крайне опасно. В связи с этим дистанционный послойный размыв торфяного пласта с помощью гидромонитора позволяет дополнительно, кроме его поэтапного разрушения (дробления), осуществить механическое смешивание горящих и не горящих слоев торфа до полного тушения очага горения торфяного пожара.

Таким образом, отличительные признаки предлагаемого технического решения являются новыми и отвечают критерию «новизна».

При определении соответствия отличительных признаков предлагаемого изобретения критерию «изобретательский уровень» был проанализирован уровень техники и, в частности, известные способы и устройства, относящиеся к техническим решениям, связанным с тушением торфяных пожаров посредством лафетных стволов, гидромониторной разработкой открытым и закрытым способами различных пород и так далее.

Известна установка для тушения торфяных пожаров (Патент Российской Федерации на полезную модель №84231, опубл. 10.07.2009), состоящая из лесопожарной машины, на которой установлена водяная помпа, емкость для воды с пенообразователем, гидроманипулятор на полноповоротной колонне, на конце которого расположен пожарный ствол. На конце гидроманипулятора расположен ствол для тушения торфяных пожаров.

Однако данная установка имеет сложную и многозвенную систему наведения пожара на открытый очаг торфяного пожара. Зона действия данного устройства ограничено вылетом стелы гидроманипулятора, а само тушение торфяных пожаров производится посредством заглубления ствола для тушения торфяных пожаров в требуемой точке. Причем движения ствола в разных направлениях не предусматривают интенсификацию процесса механического смешивания горящих и не горящих слоев торфа конструкцией установки.

Известны гидромеханические способы (методы) разработки грунта (http://studopedia.ru. html, http://www.studfiles.ru), которые включают следующие операции: размыв грунта под давлением и перевод его в полужидкую массу, называемую пульпой; перемещение и укладку (намыв) пульпы в сооружение или отвал. После доставки пульпы к месту образования насыпи вода из нее отфильтровывается, а грунт осаждается. Этот способ разработки применяют при устройстве каналов, плотин, дорожных насыпей и выемок, вскрышных работах на карьерах. Стоимость разработки, перемещения и укладки грунта в этом случае более низкая, чем при разработках механизированным способом. При использовании этого способа необходимо прокладывать трубопроводы, устраивать эстакады и другие сооружения. Поэтому гидромеханизированный метод разработки грунтов наиболее эффективен при больших сосредоточенных объемах земляных работ.

Разрабатывать грунт гидромеханическим способом (методом) можно в надводных и подводных забоях.

Однако воду в этих способах (методах) используют только для гидроразмыва грунта, а применение названного технического решения для механического смешивания горящих и не горящих слоев торфа при подземном пожаре отмеченные ранее способы (методы) не предусматривают.

Известны способы подземной (скважинной) гидродобычи полезных ископаемых (Патент США №3155177, кл. 175-67, опубл. 1964 г.), (Патент США №4906048, кл. 299/17, опубл. 1990 г.), (Патент RU №2082882, МПК Е21С 45/00 (2006.01), опубл. 27.06.1997), (Патент RU №2361083, МПК Е21С 45/00 (2006.01), опубл. 10.07.2009).

Каждый из отмеченных способов включает в себя вскрытие участка продуктивного пласта основной скважиной с заглублением в подстилающие указанный пласт породы и оборудованием ее обсадной колонной, с установкой башмака последней в пределах заглубленной части скважины, образование в подстилающих породах приемной камеры с наклонными выпускными выработками, пройденными до почвы продуктивного пласта, с оставлением над ними предохранительного породного целика, установку в приемной камере основного гидромонитора и пульпоподъемного устройства, гидроразмыв основных запасов полезного ископаемого, последующий гидроразмыв полезного ископаемого, расположенного над целиком, и подъем пульпы по основной скважине из приемной камеры на поверхность. Разработку ведут покамерно, для чего вокруг основной скважины бурят вспомогательные скважины диаметром, меньшим, чем основная, в которых устанавливают вспомогательные гидромониторы, из каждой скважины производят размыв запасов соответствующей камеры.

Однако воду в этих способах используют только для гидроразмыва основных запасов полезного ископаемого, а применение названных технических решений для механического смешивания горящих и не горящих слоев торфа при подземном пожаре отмеченные ранее способы не предусматривают.

Анализ других технических решений показал, что известные способы и устройства не решают отмеченные ранее задачи, решаемые заявляемым способом.

На основании изложенного можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», а само изобретение является новым.

Осуществление технического решения, заложенного в способе тушения локальных очагов горения торфяных пожаров (варианты), может быть реализовано следующим образом.

При реализации заявляемого технического решения необходимо учитывать следующие сведения.

Известен способ ведения горных работ посредством разрушения породного массива струей воды гидромонитора; основной способ гидромеханизации (Гидромониторная разработка.mht). Гидромониторная разработка проводится с гидравлическим врубообразованием (подрезкой) или без него. Высота уступа при гидромониторной разработке (а. hydraulic mining; н. Wasserstrahlgewinnung; ф. abattage a laide du monitor hydraulique; и arranque con monitor hidraulico) выбирается с учетом достижения максимальной производительности гидромонитора по породе и изменяется для средних условий от 15 до 20 м (в зависимости от производительности гидромонитора по воде и давления струи), в отдельных случаях от 20 до 35 м (карьеры КМА).

В настоящее время (Разработка горных пород гидромониторами - Студопедия.mht) на гидромониторах используются насадки диаметром от 52 до 220 мм, которые придают струе нужную форму и размер.

По способу управления гидромониторы могут быть с ручным, дистанционным и программным управлением, по способу перемещения - несамоходными и самоходными, имеющими гусеничные или шагающие органы перемещения.

На карьерах используются несамоходные гидромониторы с ручным ГМН - 250С и с дистанционным управлением ГМД 250, ГМДУ250. Созданы также гидромониторы на шагающем ходу - ГМСШД300, ГМСШД500 с дистанционным управлением.

При выборе мощности насосов рассчитывают необходимый напор Н (м) и расход воды Q (м³/ч):

Н=h₁+h₂+h₃+h₄,

где h₁ - напор, необходимый для разработки породы;

h₂ - напор на потери в водопроводе и гидромониторе (0,4-0,8 м на 100 м);

h₃ - напор, необходимый на преодоление высоты подъема воды от уровня насосной станции до гидромонитора (разность геодезических отметок);

h₄ - напор, необходимый для преодоления высоты всасывания, принимают 0,4-0,6 м.

Расход воды определяется из выражения Q=VQ₁, где V - объем породы, разрабатываемый одним гидромонитором в час; Q₁ - расход воды, необходимый для разработки 1 м³ породы воды.

Диаметр насадки (м) определяется по выражению d=√q/(0,769v), где q - расход воды, м³/с; v - скорость струи воды при выходе из насадки гидромонитора, м/см; v=4,1√h₁.

Известен принцип тушения торфяников по технологии пермского ученого (Дешевый способ тушения пожаров никому не нужен - Реферат.mht). Было установлено, что на поверхности торф горит при 600 градусах, а в 20 см от кромки пожара температура не горящего торфа меньше раз в десять. Механическое смешивание двух слоев позволяет резко сбросить температуру в очаге до его полного угасания.

В заявляемом техническом решении сначала производится послойный размыв компактной струей воды под давлением торфяного пласта, а затем этой же компактной струей осуществляют механическое смешивание горящих и не горящих слоев торфа до полного тушения очага горения торфяного пожара. Эти действия производят дистанционно или непосредственно оператором тушения, причем траектория движения струи воды под давлением задается таким образом, чтобы интенсифицировать процесс механического смешивания горящих и не горящих слоев торфа.

Известно (Способы тушения пожаров. Прозрачный мир.mth), что тушение огня водой или растворами огнетушащих веществ обеспечивает снижение температуры горения и увлажняет горючие материалы. Для большей эффективности можно добавлять в воду специальные смачиватели или жидкое мыло. При этом очень важно выбирать вещества, максимально безопасные для окружающей среды. При этом могут быть использованы любые подручные средства (ведра, какие угодно емкости), а также специальная техника: ранцевые лесные огнетушители, мотопомпы, автоцистерны и т.п.

Для снижения гигроскопичности торфа в воду добавляют смачиватели, например огнетушащий смачивающий состав (Патент RU №2396098, МПК A62D 1/02 (2006.01), опубл. 10.08.2010), который относится к водным растворам-смачивателям для пожаротушения на основе поверхностно-активных веществ, снижающих поверхностное натяжение воды, повышающих ее смачивающие свойства и предназначенных для тушения пожаров класса А (твердых гидрофобных горючих материалов, таких как древесина, полимеры, резина, уголь, торф, ткани и т.п.).

Приведенный огнетушащий смачивающий состав улучшает проникающую способность воды к смачиваемой горящей поверхности.

В дальнейшем изобретение поясняется примерами его реализации.

На фиг.1 представлена схема реализации заявляемого способа тушения локальных подземных очагов горения торфяных пожаров.

При тушении локальных подземных очагов горения торфяных пожаров (фиг. 2) производят следующие действия.

После проведенной разведки определяют границы 1 активного локального подземного очага горения 2 торфяного пожара.

Затем пробуривают с помощью буровой установки 3 скважину 4 в направлении подземного очага горения 2. На устье скважины 4 устанавливают скважинный гидромонитор 5 шарнирного типа вращения, описанный в известном техническом решении (Патент RU №2082882, МПК Е21С 45/00 (2006.01), опубл. 27.06.1997).

К скважинному гидромонитору 5 подведен высоконапорный водовод 6, который обеспечивает за счет системы шарниров поворот концевой секции скважинного гидромонитора 5 на 360°.

После этого производят дистанционно с помощью скважинного гидромонитора 5 подачу воды в виде компактной струи 7 под давлением в локальный подземный очаг горения 2 торфяного пласта, в результате чего осуществляют послойный размыв торфяного пласта (стрелками на фигуре показаны направления перемещения скважинного гидромонитора 5).

Доставку воды от источника водопитания 8 к буровой установке 3, а в дальнейшем к гидромонитору 5 производят по трубопроводу 9.

В заявляемом техническом решении непременным условием является то, что при послойном размыве торфяного пласта дополнительно осуществляют интенсивное механическое перемешивание горящих и не горящих слоев торфа до полного тушения подземного очага горения 2 торфяного пожара. Эти действия производят дистанционно, как правило, по заданной программе, или непосредственно оператором тушения, что позволяет повысить надежность тушения локальных подземных очагов горения торфяных пожаров в условиях ограниченного применения тяжелой техники, оборудования и риска пребывания людей.

При подаче воды в нее добавляют смачиватели, что позволяет, как было отмечено ранее, дополнительно повысить эффективность тушения локальных подземных очагов горения торфяных пожаров.

Для интенсификации процесса механического перемешивание горящих и не горящих слоев торфа в заявляемом техническом решении авторы изобретения предлагают применить известный способ создания пульсирующей жидкостной струи (Патент RU №2310078, МПК Е21С 45/00 (2006.01), Е21С 45/04 (2006.01), опубл. 10.11.2007), в котором используется эффект виброволнового воздействия пульсирующей жидкостной струи на размываемый грунт, в том числе на торфяные пласты, заключающийся в способности упругих колебаний пульсирующей жидкостной струи осуществлять псевдоожижение твердых структурированных материалов, понижать прочность обводненных глиноподобных и гелевидных масс и плавунов [Дыбленко В.П., Камалов Р.Н. и др. Повышение продуктивности и реанимации скважин с применением виброволнового воздействия, М.: Недра, 2000 г.].

Указанный способ реализуется устройством для создания пульсирующей жидкостной струи, в котором применен механизм создания пульсирующей скоростной струи. Давление, с которым жидкость подается к центробежной форсунке и в дополнительное сопло со струйным течением жидкости, может быть разным и определяется эксплуатационными требованиями. Химические и физические свойства жидкости, подаваемой через центробежную форсунку и через струйную форсунку названного устройства, могут быть различными и определяются требованиями эксплуатации устройства.

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.