Результат интеллектуальной деятельности: Способ тушения локальных подземных 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.

Известно (Евгений Трунов «Чем больше технологий тушения пожаров, тем лучше» _Журнал ЛесПромИнформ. Архив..tml), 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.

Известен способ тушения торфяных пожаров (Патент RU №2546434, МПК А62С 3/02, (2006.01), опубл. 10.04.2015), заключающийся в прокладке кротодренов, последние выполняют в виде тоннеля на нижнем уровне залегания торфяного пласта, в котором прокладывают шнуровое взрывчатое вещество, после чего производят подрыв последнего с образованием рва, на дне которого формируют противопожарный разрыв из минерального слоя земли.

Однако этот способ предназначен только для профилактических работ.

Известен способ тушения локальных подземных очагов горения торфяных пожаров (Патент RU №2659894, МПК А62С 3/02, (2006.01), опубл. 04.07.2018), принятый за прототип заявляемого технического решения.

В этом способе при тушения локальных подземных очагов горения торфяных пожаров определяют границы активного локального подземного очага горения торфяного пожара, бурят наклонную скважину с установкой обсадной колонны в направлении очага горения и доставляют огнетушащее средство 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.

Однако в этом способе отсутствует процесс охлаждения горящих и не горящих слоев торфа с ипользованием увлажненного минерального слоя земли, находящегося в нижнем слое зоны локального подземного очага горения.

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, бурение наклонной скважины с установкой обсадной колонны в направлении очага горения, размещение взрывного заряда в очаге горения, мощность которого определяют после разведки активного локального подземного очага горения торфяного пожара, подрыв названного заряда и перемешивание взрывной волной горящих и не горящих слоев торфа, и тушение названного очага горения торфяного пожара, взрывной заряд размещают в очаге горения на уровне увлажненного минерального слоя земли, а после подрыва взрывного заряда в зону перемешивания взрывной волной горящих и не горящих слоев торфа добавляют увлажненный минеральный слой земли.

Технический эффект, реализуемый заявляемым способом обуславливается следующим.

Размещение взрывного заряда в очаге горения на уровне увлажненного минерального слоя земли позволяет зону перемешивания к увлажненному минеральному слою земли.

Перемешивание взрывной волной горящих и не горящих слоев торфа с добавлением увлажненного минерального слоя земли позволяет значительно быстрее снизить температура торфа до значений, при которых горение торфа невозможно, чем в способе, представленном в изобретении (Патент RU №2659894, МПК А62С 3/02, (2006.01), опубл. 04.07.2018).

По мнению авторов изобретения признаки, приведенные в формуле изобретения, являются необходимыми и достаточными для достижения указанного технического результата, то есть являются существенными.

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 А62С 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 секунды 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 А62С 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 с новой силой.

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, что торфяной пожар - это неконтролируемый процесс дымного горения торфа в местах его образования, добычи и хранения. Торф - молодое геологическое образование, зарождающееся в результате отмирания болотной растительности при избыточном количестве влаги и недостаточном доступе воздуха. Скопление торфа на определенной площади в виде однородных или различных по характеру и мощности слоев называется торфяной залежью. В зависимости от водно-минералогических условий различают три типа торфа: низинный, переходный и верховой. Под воздействием температуры, влажности и других причин торф постепенно разлагается. Чем выше степень разложения торфа, тем больше он подвержен возгоранию. Возгорание торфа возможно в течение всего года, но чаще всего во второй половине лета, когда он высыхает. Происходит самовозгорание торфа в результате саморазогрева, а так же возгорание из-за попадания на него искр от источников огня и работающих машин, грозовых разрядов и пр.

Процесс самовозгорания торфа имеет четыре периода изменения температуры, продолжающиеся до года, при которых температура внутри торфяной залежи поднимается до 60 градусов по Цельсию и выше. Серьезную опасность в пожарном отношении представляет и торф, хранящийся в штабелях по месту добычи. Разогреваясь, торф превращается в сухую перистую массу - полукокс, которая при соприкосновении с кислородом воздуха самовозгорается. При этом образуются отдельные скрытые очаги горения, обнаруживаемые по выделяющемуся дыму. Скорость выгорания торфа в безветренную погоду или при слабом ветре составляет примерно 0,18 кг/м². Скорость распространения торфяного пожара обычно небольшая - несколько метров в сутки. На такие пожары не влияют ни суточные изменения погоды, ни ветер. Они могут длиться месяцами, даже в дождь и снег. При скорости ветра 3 м/с и выше нередко происходит разбрасывание горящих торфяных частиц по ветру на значительное расстояние, что вызывает распространение пожара. Форма развития торфяного пожара может быть различной, чаще она круговая или угловая, и весьма редко прямоугольная.

Одним из самых коварных видов лесных пожаров является подземным. Горение торфа и корней деревьев может проходить при полном отсутствии кислорода. Вода в тушении таких пожаров является малоэффективной, поэтому ее используют вместе с другими химическими соединениями для образования пены. Полученный раствор вводят в почву через специальные стволы. Проколы делают на расстоянии 40 см друг от друга.

Локализацию больших очагов возгорания торфа производят с помощью его окапывания и последующего заполнения полученных канав водой с растворенными в ней химическими веществами. Например, используются водные растворы солей, или соединение кислотного и щелочного растворов с присутствием пенообразователей. (Тушение лесных пожаров_ способы ликвидации очагов, html).

При тушении глубоких торфяных пожаров, успевших развиться на большие площади, нередко тушение по всей площади становится нецелесообразным (не приводит к успеху в силу невозможности сосредоточить нужное количество техники, людей, из-за недостатка воды). Единственно возможной тактикой становится или обводнение (затопление) горящей площади, или создание вокруг горящих очагов глубоких (до подстилающего грунта) канав, заполненных водой, и борьба с новыми очагами, образующимися от переброса искр или горящего торфа на защищаемый участок (Торфяные пожары - Википедия.html).

Ранее было установлено (http://www.refbzd.ru), что при торфяных пожарах 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.

Торфяные пожары являются результатом возгорания слоев торфа на различной глубине. Они охватывают большие площади. Торф горит медленно, на глубину залегания. 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. Поэтому основной способ тушения такого пожара - окапывание горящей территории со всех сторон оградительными канавами шириной 0,7 м и глубиной до границы вскрытия подстилающего торф слоя отложений (http://www.refbzd.ru.html).

Лесные пожары создают угрозу близлежащим объектам и населенным пунктам. Одним из способов защиты является создание заградительных полос методом уничтожения слоя горючих материалов или нанесения огнепреграждающих составов (ретардантов) (Воробьев Ю.Л., Акимов В.А., Соколов Ю.И. Лесные пожары на территории России состояние и проблемы. - Москва, 2004).

Осуществление технического решения, заложенного в заявленном способе тушения локальных подземных очагов горения торфяных пожаров, может быть реализовано следующим образом.

На фигуре представлена 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 торфяного пласта 3. Разведку производят любым доступным способом, подробно описанным, например, в технических решениях (Патент RU №2625602, МПК G01V 3/15 (2006.01), G01V 3/17 (2006.01), G01S 13/88 (2006.01), А62С 3/02 (2006.01), опубл. 17.07.2017; Патент RU №2647221, МПК G01V 3/12 (2006.01), А62С 3/02 (2000.01), опубл. 14.03.2018).

Затем пробуривают с помощью буровой установки (условно не показана) наклонную скважину 4 в направлении активного локального подземного очага горения 2. Подземный очаг горения 2 образуется в результате выгорания торфа в беспламенной фазе как за счет кислорода, поступающего вместе с воздухом, так и за счет его выделения при термическом разложении сгораемого материала торфяного пласта 3. В наклонной скважине 4 устанавливают обсадную колонну (условно не показана).

После окончания бурильных работ буровую установку демонтируют.

Огнетушащее средство выполнено в виде взрывного заряда 5, мощность которого определяют после разведки активного локального подземного очага горения 2 торфяного пласта 3.

В устье скважины 4 устанавливают подрывное устройство 6.

От подрывного устройства 6 к взрывному заряду 5 в скважине 4 проложена электрическая линия 7.

Взрывной заряд 5 размещают в очаге горения 2 на уровне увлажненного минерального слоя 8 земли.

Ранее было установлено (http://www.refbzd.ru.html), что глубина прогорания торфяной залежи определяется уровнем залегания грунтовых вод или границей минерального слоя земли (Торфяные пожары - Википедия.html).

Однако граница минерального слоя земли бывает выше уровня залегания грунтовых вод только в очень засушливые годы или после проведения работ по осушению болот. В остальных случаях, как правило, уровень залегания грунтовых вод бывает выше или на уровне границы минерального слоя земли.

На схеме реализации заявляемого способа тушения локальных подземных очагов горения 2 торфяных пожаров представлен вариант компоновочного решения подземного очага горения 2, в котором граница минерального слоя земли расположена на уровня залегания грунтовых вод, а сам минеральный слой 8 земли в заявляемом случае постоянно увлажнен.

Тушение локального подземного очага горения 2 торфяных пожаров производят следующим образом.

По команде руководителя тушения запускают подрывное устройство 6, сигнал от которого поступает по линии 7 к взрывному заряду 5.

В результате указанного взаимодействия производят дистанционный подрыв взрывного заряда 5.

После взрыва поверхность 9 увлажненного минерального слоя 8 земли, расположенная внутри подземного очага горения 2, турбулизуется в первую очередь взрывной волной, а затем наступает процесс турбулизации взрывной волной горящего торфяного пласта 3 на границе 1 активного локального подземного очага горения 2 торфяного пожара, а также - близлежащих не горящих слоев торфа.

В результате этого взаимодействия происходит быстрое перемешивание горящих и не горящих слоев торфа, к которым добавляют увлажненный минеральный слой земли.

Предлагаемый способ перемешивания горящих и не горящих слоев торфа с добавлением увлажненного минерального слоя земли, позволяет значительно быстрее снизить температура торфа до значений, при которых горение торфа невозможно, чем в способе, представленном в изобретении (Патент RU №2659894, МПК А62С 3/02, (2006.01), опубл. 04.07.2018), принятом за прототип заявляемого технического решения.

Мощность взрывного заряда 5 подбирают таким образом, чтобы взрывная волна не вышла на поверхность торфяного пласта 3 и не обрушила свод 10 названного пласта, расположенного над активным локальным подземным очагом горения 2.

При установке избыточно мощного взрывного заряда 5 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. Это приводит к дальнейшему распространению пожара с новой силой.

Промышленная применимость заявленного технического решения заключается в следующем.

В настоящее время в МЧС России активно проводятся взрывные работы, например, при ликвидации ледяных заторов на реках.

Идеи, заложенные авторами изобретения, могут быть реализованы при создании нового поколения технических средств, связанных с тушением локальных подземных очагов горения торфяных пожаров.

Выпускаемые в настоящее время в России и за рубежом взрывные заряды позволяют реализовать заявляемое изобретение.

Применение настоящего изобретения позволяет:

- использовать при тушении локальных подземных очагов горения торфяных пожаров ограниченные по мощности взрывные заряды в условиях ограниченного применения тяжелой техники, оборудования и риска пребывания людей

- осуществить тушение пожара названного объекта в любое время года;

- использовать в заявляемом случае дешевое и доступное взрывотехническое средство.