Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ТУШЕНИЯ ПОЖАРА НА ЛЕСНЫХ И ТОРФЯНЫХ МАССИВАХ

Изобретение относится к области лесного хозяйства и может быть использовано на местности, обладающей сложным рельефом, большой протяженностью и значительной площадью.

Известен способ предупреждения и тушения лесных пожаров, включающий выявление наиболее пожароопасных участков лесного массива, определение контура этого массива и подсчет необходимого огнеподавляющего агента и агента, предупреждающего возгорание и распространение очагов лесных пожаров (патент RU №2235571, А62С 3/02 от 10.04.2004).

После выполнения таких оперативных работ оконтуренный участок снабжают огнеподавляющим материалом в виде плоского удлиненного эластичного коаксиального рукава, в кольцевом зазоре которого размещен материал, обладающий свойством аккумулирования значительного количества огнеподавляющей структуры материала, которая предупреждает перетекание и произвольное вытекание этой жидкости без выполнения работы по огнеподавлению, т.е. выброс огнеподавляющей жидкости происходит только в том случае, когда возникает пожароопасная ситуация, при которой часть стенки коаксиального рукава прогорает и перекрытый объем жидкости в этом месте рукава под давлением выбрасывается на очаг возгорания, в то время как по всей неповрежденной огнем длине рукава сохраняется неприкосновенным весь объем жидкости, который сохранятся для выполнения аналогичных работ при возгорании и тушении других очагов пожара на контролируемой территории лесного массива.

Также известен способ локализации и тушения масштабных пожаров, повышающий эффективность пожаротушения за счет использования разветвленных быстросборных трубопроводных систем, обеспечивающих подачу значительных объемов воды в зону горения (патент RU №2350370, А62С 3/02 от 27.03.2009).

В известном способе к очагу возгорания доставляют пожарную технику, осуществляют монтаж разветвленной быстросборной трубопроводной системы, после чего подают воду в очаг возгорания, при этом в процессе тушения пожара выполняют наращивание ветвей трубопроводной системы как во фронтальном, так и в радиальном направлениях, после тушения пожара на полосе глубиной 40…50 метров и шириной 300…400 метров продолжают подачу воды в очаг возгорания и одновременно осуществляют дополнительное наращивание ветвей трубопроводной системы в радиальном и фронтальном направлениях, выполняя при этом демонтаж труб на первоначально собранных ветвях трубопроводной системы, не используемых для тушения пожара, и передачу их на новые участки пожаротушения, прекращают подачу воды после полного тушения пожара.

Недостатком известных технических решений является использование сложной пожарной техники и недостаточное количество воды. Кроме того, они не обеспечивают быструю доставку воды к очагам возгорания в необходимом количестве, также не предусматривают профилактического предотвращения возникновения очагов пожара, в частности леса и торфа.

Известно техническое решение, включающее выделение наиболее пожароопасных участков торфяников, которые периодически подтапливаются грунтовыми водами, размещение по площади участков вертикальных скважин, установку в скважинах труб, заполнение труб дымообразующим пиротехническим составом, фиксацию координат скважин на лесопожарной карте, разбивку патрульных маршрутов, патрульное наблюдение, определение границы пожара по местоположению дыма над скважинами, фиксирование его координат на лесопожарной карте (патент RU №2338566, А62С 3/00 от 20.11.2008).

Недостатком изобретения является то, что оно используется лишь для определения местонахождения очагов пожара.

Известен способ тушения пожаров на лесных и торфяных массивах, включающий выделение наиболее пожароопасных участков, размещение на площади участков вертикальных скважин, установку в скважины перфорированных труб, помещенных в водонепроницаемые термопластические оболочки с дымообразующим пиротехническим составом, фиксацию координат скважин на лесопожарной карте, разбивку патрульных маршрутов для наблюдения дыма, определение границы пожара по местоположению дыма над скважинами, фиксирование его координат на лесопожарной карте, скважины бурят до глубины нахождения грунтовых вод и устанавливают в них дополнительно обсадные трубы с диаметром меньше диаметра перфорированных труб и обеспечивающим возможность прохождения глубинных насосов, которые при возникновении пожара через автоматические устройства подключают к автономным источникам питания и подают воду в разветвленную быстросборную трубопроводную систему (патент RU №2442623, А62С 3/02 от 07.10.2010).

Обладая определенными преимуществами перед аналогами, этот способ обладает и существенными недостатками, которые заключаются в его принципиальной технической схеме воздействия на очаг возгорания, а именно высокая стоимость использования дополнительных труб с глубинными насосами, большой расход кабельной продукции и трудоемкость, т.е. для каждой располагающейся от земной поверхности скважины глубина грунтовых вод будет различна, соответственно требуются изыскания и проектирование самостоятельных скважин с насосным оборудованием в целом.

Решаемой технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности способа тушения лесных и торфяных массивов за счет обеспечения перехвата инфильтрационных потоков водосборами фильтрационных вод рек, озер и водохранилищ, которые могут находиться на любой глубине, и возможность при этом обеспечения дистанционности тушения пожара. Кроме того, изобретение позволяет дополнительно обеспечить надежную работу разветвленной быстросборной трубопроводной системы, используя природные запасы воды в водосборных устройствах.

Поставленная техническая задача решается тем, что способе тушения пожара на лесных и торфяных массивах, включающем выделение наиболее пожароопасных участков, размещение на площади участков вертикальных скважин, установку в скважинах перфорированных труб, помещенных в водонепроницаемые термопластичные оболочки с дымообразующим пиротехническим составом, фиксацию координат скважин на лесопожарной карте, разбивку патрульных маршрутов для наблюдения дыма, определение границы пожара по местоположению дыма над скважинами, фиксирование его координат на лесопожарной карте, разветвленную быстросборную трубопроводную систему, используют инфильтрационные водосборы в пределах влияния подземных горизонтов мест залегания грунтовых вод в непосредственной близости рек, озер и водохранилищ, выкапывают несколько котлованов в виде водоемов-накопителей воды, по принципу замкнутого подруслового водозабора путем образования дренажных трубопроводов между источником подземных горизонтов мест и котлованов, после чего в котлованы устанавливают дренажные насосы с выводом напорных линий в колодец-гаситель с автоматическим регулятором уровня воды нижнего бьефа, далее по закрытому отводящему трубопроводу заполняют колодец-распределитель, обмотанный предварительно геотекстилем, и осуществляют подачу воды с использованием передвижной автономной станции, причем воду откачивают в напорные лучевые трубопроводы, которые соединяют с кольцевым напорным трубопроводом с разветвленной быстросборной трубопроводной системой, понижая таким образом уровень воды в колодце-гасителе, связанном гидравлически связью с автоматическим регулятором уровня воды нижнего бьефа, и создавая условия для его наполнения водой из напорной линии посредством автоматического включения дренажных насосов, размещенных в котлованах.

Кроме того, материал геотекстиля обладает свойством удерживать воду внутри колодца-распределителя.

Новизна заявляемого предложения обусловлена тем, что за счет устройства параллельно берегам рек, озер и водохранилищ, а также под руслами их (подрусловые водосбросы), непосредственно от них выкапывают котлованы, которые имеют большие величины притока воды за счет фильтрующей обсыпки водозабора, и определяется отводящая его способность по формуле Q′=vpF≥Q, где Q′ - целая группа котлованов и расход каждого водозаборного сооружения, может определяться, как: , для исключения взаимного влияния котлованов друг на друга при проектировании необходимо располагать их на таком расстоянии, чтобы сумма радиусов депрессии была меньше расстояния между ними;

F - площадь поперечного сечения водозабора (задается при проектировании);

v - скорость течения воды при работе трубы полным сечением в сторону водозабора;

р - пористость фильтрующей обсыпки, принимается в зависимости от крупности материала, от 0,15 до 0,45;

Q - расход водозаборного сооружения;

t′_i - снижение уровня (срезка) фильтрационного потока в толще грунта.

Горизонтальные инфильтрационные водосборы конструктивно оформляются так же, как и горизонтальные водосборы. Гидравлический расчет инфильтрационных водосборов-котлованов осуществляется по различным известным формулам гидравлики. Так, например, для берегового водозабора, расположенного перпендикулярно потоку подземных вод, расход определяется по формуле С.Ф. Аверьянова; для берегового совершенного водозабора, расположенного между двумя водоемами нормально потокам воды из них, расход определяется по формуле Дюпюи; расход воды подруслового водозабора с водоприемной частью, расположенный на подошве пласта, определяется по формуле В.И. Аравина и С.И. Нумерова (здесь не приводится список известной литературы и гидравлические известные формулы расхода воды из гидравлики для сокращения описания текста).

Кроме того, сущность способа заключается в том, что сборные колодцы и подача в них воды вдоль, например, берега реки обеспечивает дальше поступление воды в котлованы, совмещенные с дренажными насосами, которые соединяют напорными водопроводящими линиями для подачи воды в общий колодец-гаситель с автоматическим регулятором уровня воды нижнего бьефа, благодаря чему будет сохранен дефицит воды (суммарный) в общем колодце-гасителе из нескольких вырытых котлованов. При этом даже при отсутствии в одном из котлованов воды большая часть воды будет заполнять общий колодец-гаситель, что в большей степени обеспечивает эффективность способа тушения пожаров при возгорании лесных и торфяных массивов.

Следует отметить при этом, что имеется наиболее встречающая проблема мероприятий по обводнению болот - это недостаток воды, необходимый для восстановления «нарушенного болота». Этот недостаток также устранен предложенным способом подвода воды из естественных природных источников, используя дренажные трубы, расположенные между берегом реки и вырытыми искусственными котлованами, что значительно снижает материальные ресурсы, простота проведения работ в труднодоступных местах, с большим дефицитом запасов пресной воды во многих регионах, независимо от сезонных ограничений для накопления воды. Вследствие этого насыщение почвы обводняемого торфяника водой будет происходить на протяжении более длительного периода времени и более эффективно, чем в известных аналогах.

Новые отличительные признаки изобретения обеспечивают более надежное и стабильное обеспечение водой и подавление очага возгорания.

Эффективность предлагаемого выше способа также в том, что подготовка водосборной площади и котлованов, например, параллельно берегам рек, озер и водохранилищ, а также под руслами их, производится в зимний период, когда имеется возможность перемещаться по всей их площади и создавать как водозабор, так и разветвленную сеть с различной заборной арматурой в сторону колодца-распределителя с разветвленной быстросборной трубопроводной системой.

Таким образом, в соответствии с предлагаемым способом удается использовать имеющиеся природные ресурсы для создания системы тушения пожаров на лесных и торфяных массивах, способной противостоять возможному тушению их. При этом данная система создается из имеющихся рек, озер, водохранилищ в виде захвата фильтрационных водосбросами вод и полностью отвечает требованиям геоэкологии, что также повышает эффективность, поскольку не требуются дорогостоящие средства на сооружение многочисленных откачивающих скважин с подъемными насосами с кабельной продукцией по периметру тушения лесных и торфяных массивов.

Сопоставительный анализ показывает, что из уровня техники не следует очевидность заявляемого технического решения, что доказывает соответствие заявляемого способа критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена схема системы для тушения пожара.

Способ тушения пожара на лесных и торфяных массивах, включающий выделение наиболее пожароопасных участков, осуществляется следующим образом.

Предварительно выделяют контур общего наиболее пожароопасного участка 1. Затем осуществляют установку скважин 2 и фиксируют координаты их на лесопожарной карте. Затем осуществляют установку в скважины перфорированных труб, помещенных в водонепроницаемые термопластические оболочки (не показано).

При наличии в отдалении реки 3, где возможны варианты инфильтрационного водозабора, а именно: а - подрусловые линии; б - береговые линии (озера или водохранилища), параллельно берегам ее укладывают закрытые перфорированные дренажные трубы 4 со смотровыми колодцами 5. Далее выкапывают несколько обозначенных контуров котлованов 6 в местах на глубину притока воды из дренажных труб 4, заполняя котлованы 6 инфильтрационной водой, конструктивно они оформляются как водосборы. После этого в котлованы 6 устанавливают дренажные насосы 7 и выводят напорные водопроводные линии 8 в общий колодец-гаситель 9, который оснащен автоматическим регулятором уровня воды нижнего бьефа 10 для поддержания в нем постоянного напора (уровня воды), и соединяют колодец-гаситель 9 с отводящим трубопроводом 11. Отводящий трубопровод 11 далее соединяют с колодцем-распределителем 12, обмотанным предварительно гетекстилем, в непосредственной близости от лесного или торфяного массивов, из которого откачивают воду, используя передвижные автономные станции 13 и 14 в подающие лучевые напорные трубопроводы 15 и 16, которые соединяют через узлы 17 и 18 с напорным трубопроводом 19, окольцованным по периметру лесного или торфяного массивов с разветвленной трубопроводной системой 20, обеспечивающей подачу воды в труднодоступные и отдаленные места. При этом от береговой линии реки, озера, водохранилища постоянно отводятся инфильтрационные воды из глубины (подрусловые водосборы), причем сооружения могут быть комбинированными.

Таким образом, расчет трубчатого водосбора сводится к определению диаметра перфорированных дренажных труб, степени наполнения их водой и проверке допустимой скорости течения воды в них (максимальной и минимальной). Величина притока воды определяется по вышеприведенной формуле, при этом скорость течения воды при работе трубы полным сечением определяется по формуле

, или , где С - коэффициент, ;

n - коэффициент шероховатости внутренней поверхности труб.

Водоотводящая способность труб определяется по формуле Q=F·V.

Следует также отметить, что расположение линии перфорированной трубы зависит от расположения ее в сторону от береговой линии реки, озера, водохранилища, а также высоты напора и длины для инфильтрационного водозабора. Для исключения кольматации донных грунтов рек, озер и водохранилищ скорость движения воды в трубах должна составлять K≤0,01…0,04 мм/с.

Уклон самотечных линий из собирательных перфорированных дренажных труб 4 в сторону котлованов 6 принимается ориентировочно до 0,002. Глубина укладки водосборных дренажных труб 4 определяется климатическими и гидрологическими условиями, т.е. глубиной промерзания грунтов, глубиной залегания и мощностью фильтрационного потока, подлежащего к эксплуатации такого водоносного слоя. Высота фильтрующей части над трубами принимается в пределах (0,3…0,4)М, где М - мощность водоносного слоя.

Пример: количество воды, поступающей в совершенный горизонтальный водозабор из безнапорного слоя, может быть определено по известной в гидравлике формуле Дюпюи: Q=Lk(H₂-h₂)/2R, где Q - расход сооружения; L - длина водосборных линий; k - коэффициент фильтрации водоносного слоя; R - радиус действия.

Скорость движения воды, например, для каменно-щебеночного водосбора определяется по формуле С.В. Избаша: ,

где C_o - обобщающий коэффициент (при выражении ν, );

d - эквивалентный диаметр фильтрующего материала (диаметр, приведенный к шару);

р - пористость фильтрующей отсыпки, принимаемая в зависимости от крупности материала, от 0,15 до 0,45;

i - уклон водозабора;

m - показатель степени, равный ;

ν - кинематический коэффициент вязкости воды, зависящий от температуры воды.

Для других отсыпок фильтрующего грунта скорости могут быть определены, например, только для крупного фильтрующего материала по более простой формуле Н.П. Пузырьского: .

По известной скорости движения в фильтрующей обсыпке водозабора определяется водоотводящая способность его по формуле: Q′=VpF≥Q,

где F - площадь поперечного сечения водозабора (задается при проектировании).

Остальные обозначения описаны выше по тексту заявки.

Способ позволяет при этом исключить угрозу заболачивания местности вблизи рек, озер, водохранилищ и позволяет отнести способ к высокоэффективным мероприятиям при инфильтрационном водозаборе в значительных объемах за определенные промежутки времени. Таким образом, можно проводить и профилактические работы по предупреждению возгорания торфяных участков в период засухи, а также быстрое тушение в случае возгорания торфа в отдаленных от центрального энергоснабжения участках, в местах для заполнения колодца-распределителя водой в непосредственной близости для лесных и торфяных массивов.

Для более эффективного контроля и тушения пожара проводят разбивку патрульных маршрутов для наблюдения дыма и по местоположению определяют границы пожара. Затем его координаты фиксируют на лесопожарной карте.

Таким образом, используя инфильтрационные водосборы для захвата в основном фильтрационных вод из рек, озер, водохранилищ параллельно их берегам, а также под руслами, создаются условия, в целом решая поставленную задачу, обеспечивая высокую производительность, надежность при минимальных затратах средств с использованием в основном стандартного оборудования при тушении пожара.

Предлагаемое изобретение предусматривает высокий технический уровень за счет наличия существенных отличительных признаков в совокупности с известными техническими решениями и имеет промышленную применимость и, следовательно, по мнению заявителя, может быть защищено патентом RU.