О категориях газогеохимической опасности насыпных грунтов

А. Ф. БРЮХАНЬ, канд. техн. наук, докторант кафедры "Инженерная геология и геоэкология" Московского государственного строительного университета

УДК 504.5:550.84

О КАТЕГОРИЯХ ГАЗОГЕОХИМИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ НАСЫПНЫХ ГРУНТОВ

Показано, что производство строительных работ на насыпных грунтах связано с пожаровзрыво-опасностью, обусловленной их способностью генерировать биогаз, состоящий из горючих компонентов. Предложено на участках намечаемого строительства в рамках инженерных изысканий предусматривать газогеохимические исследования грунтов и выявление степени их опасности. Дан анализ существующих критериев газогеохимической опасности грунтов и предложено их уточнение.

Ключевые слова: газогеохимия; экология; газогеохимическая опасность; пожаровзрывоопас-ность; насыпные грунты; инженерные изыскания.

Производство строительных работ на насыпных грунтах связано с пожаровзрывоопасностью, обусловленной их способностью генерировать биогаз, состоящий из горючих компонентов [1]. Он образуется при разложении органических веществ в процессе жизнедеятельности анаэробной микрофлоры в насыпных грунтах обычно на глубине свыше 2,0-2,5 м [2]. Основные компоненты биогаза — метан (до 55-65 % об.) и диоксид углерода (до 35-45 % об.) [3]. Биогаз содержит также тяжелые углеводороды, угарный газ, аммиак, оксиды азота, сероводород, молекулярный водород и другие компоненты. Таким образом, он обладает достаточно высокой токсичностью и представляет серьезную экологическую опасность, особенно вблизи территорий жилой застройки.

Исходя из очевидной пожаровзрывоопасности биогаза требованиями свода правил по инженерно-экологическим изысканиям [2] предусматриваются специальные газогеохимические исследования площадок намечаемого строительства на насыпных грунтах и определение степени их газогеохимической опасности. Такие исследования проводятся с целью разработки средств защиты зданий и сооружений от негативного воздействия биогаза и обеспечения благоприятных экологических условий. Они включают поверхностную газовую (эмиссионную) съемку с отбором проб грунтового воздуха и приземной атмосферы и последующие лаборатор-

© Брюхань А. Ф., Брюхань Ф. Ф., Королъченко А. Я., 2013

ные анализы компонентного состава свободного грунтового воздуха, газовой фазы грунтов, растворенных газов и биогаза, диссипирующего в приземную атмосферу [2, 4].

Практическое использование рекомендаций [2] связано с определенными трудностями из-за некорректной трактовки категорий газогеохимической опасности насыпных грунтов. Так, в [2] прописано, что "потенциально опасными в газогеохимическом отношении считаются грунты с содержанием метана > 0,1 % и СО2 > 0,5 %; в опасных грунтах содержание метана >1,0 % и СО2 до 10 %; пожаровзры-воопасные грунты содержат метана >5,0%, при этом содержание СО2 — п-10%"*. Абсурдность такой трактовки заключается в том, что с увеличением содержания углекислого газа, заведомо препятствующего возгоранию или взрыву, газогеохимическая опасность повышается. Другая неопределенность заключается в том, что в [2] не указывается, что означает величина п. Далее в этом документе вводится категория экологически опасных зон, в грунтах которых содержание СН4 и С02 в биогазе превышает соответственно 1,0 и 10 % об. На основании приведенных категорий в [2] даются рекомендации по инженерной защите территорий строительства, находящихся на насыпных грунтах.

* Имеется в виду объемная доля.

Классификация грунтов по степени газогеохимической опасности [8]

Степень газогеохимической опасности грунтов Объемная доля компонента, % об.

СН4 СО2 Н2 О2

Безопасные 0,01-0,1 1,0-5,0 <0,1 >18,0

Потенциально опасные 0,1-1,0 1,0-5,0 <1,0 <18,0

Опасные >1,0 >5,0 >1,0 <18,0

Пожаро- и взрывоопасные >5,0 п х10 >4,0 <18,0

Кроме того, введенные в [2] критерии газогеохимической опасности грунтов перешли в другие нормативно-технические документы (например, [4]), а также использованы в ряде научных публикаций, посвященных газогеохимическим исследованиям [3,5, 6].

В 2012 г. Национальным объединением изыскателей была разработана актуализированная редакция СНиП 11-02-96 [7]. В новом документе [8] имеется раздел "Инженерно-экологические изыскания", заменяющий соответствующий свод правил [2]. В актуализированную редакцию СНиП 11-02-96 внесен ряд существенных корректировок, учитывающих изменения в нормативно-правовой и нормативно-технической базе в области инженерных изысканий в строительстве, в том числе относящихся к газогеохимическим исследованиям. В [8] приводится новая классификация категорий степени газогеохимической опасности грунтов (см. таблицу).

Данные таблицы показывают, что:

1) уровень пожаровзрывоопасности грунтов возрастает с увеличением концентрации метана и водорода, что является очевидным;

2) уровень пожаровзрывоопасности грунтов возрастает с увеличением концентрации углекислого газа, что представляется явным абсурдом;

3) уровень пожаровзрывоопасности грунтов является безопасным при концентрации кислорода, превышающей 18,0 % об., и потенциально опасным, опасным либо пожаровзрывоопасным при концентрации кислорода ниже 18,0 % об.

Кроме того, в таблице присутствует упомянутый выше коэффициент п неясного происхождения.

Данные обстоятельства указывают на необходимость уточнения категорий газогеохимической опас-

ности грунтов. При этом представляется целесообразным выделить их категории отдельно по пожаро-взрывоопасности и экологической опасности.

В качестве критерия экологической опасности насыпных газогенерирующих грунтов естественно установить превышение концентрации хотя бы одного из компонентов биогаза по сравнению с соответствующим ПДК.

Что же касается пожаровзрывоопасности насыпных газогенерирующих грунтов, то необходимо привести следующие соображения. При проектировании и строительстве открытых сооружений опасные концентрации биогаза не возникают. Однако при строительстве на подобных грунтах зданий и сооружений с наличием замкнутых объемов в последних с течением времени возможно образование взрывоопасных концентраций метана. В связи с этим необходим соответствующий контроль за содержанием метана. Опасной концентрацией метана следует считать концентрацию 1,056 % об., что составляет 20 % от нижнего концентрационного предела распространения пламени метана (5,28 % об.), принятого из условий пожаровзрывоопасности [9].

Выводы

1. Выполнен анализ газогеохимической опасности насыпных газогенерирующих грунтов, установленных действующим сводом правил по инженерно-экологическим изысканиям и проектом актуализированной редакции СНиП 11-02-96.

2. Для оценки газогеохимической опасности насыпных газогенерирующих грунтов целесообразно выделить отдельные категории их пожаровзрыво-опасности и экологической опасности.

3. Предложено считать грунты экологически опасными, если в них превышена концентрация хотя бы одного из компонентов биогаза по сравнению с соответствующим ПДК.

4. При строительстве на насыпных газогенери-рующих грунтах зданий и сооружений с наличием замкнутых объемов в последних с течением времени могут возникать взрывоопасные концентрации метана. При этом опасной концентрацией метана следует считать концентрацию 1,056 % об., что составляет 20 % от нижнего концентрационного предела распространения пламени метана (5,28 % об.), принятого из условий пожаровзрывоопасности.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. БондарикГ.К., ЯргЛ. А. Инженерно-геологические изыскания. — М.: Изд-во КДУ, 2011. — 420 с.

2. СП 11-102-97. Инженерно-экологические изыскания для строительства: утв. Госкомэкологией России 25.02.97 г., письмо № 02-12/23-577; введ. 15.08.97 г. — М.: ПНИИИС Госстроя России, 1997.—41 с.

56

{ББИ 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2013 ТОМ 22 №7

3. Шустрое Ю. Д., Можарова Н.В., Кулачкова С. А. Газогеохимические исследования на строительных объектах Московской области // Информ. вестник ГУ МО "Мособлгосэкспертиза". — 2008. — № 2 (22). — С. 22-28.

4. Инструкция по инженерно-геологическим и геоэкологическим изысканиям в г. Москве : утв. указанием Москомархитектуры от 11.03.2004 г.№ 5; введ. 11.03.2004г. — М.: ГУП"НИАЦ", 2004.

5. БахроноеР. Р., Рожков С. В., Соловьева И. А., ЕлшинА. В. Изыскания в основании фундаментов сооружений на насыпных грунтах //Жилищное строительство. — 2006. — №10. — С. 14-15.

6. Еремеев А. А., Косинова И. И. Сравнительная эколого-геологическая оценка Гавриловской, Белгородской и Острогожской площадки управления магистральных газопроводов (УМГ) // Материалы научной сессии Воронежского государственного университета, секция экологической геологии. — Воронеж : ИПФ "Воронеж", 2011. — С. 25-30.

7. СНиП 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения : постановление Минстроя России от 29.10.96 г. № 18-77; введ. 01.11.96 г. — М.: ПНИИИС Госстроя России, 1997.—43 с.

8. СП 47.13330.2012. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения (актуализированная ред. СНиП 11-02-96 ): приказ Госстроя России от 10.12.2012 г. № 83/ГС; введ. 01.07.2013 г. — М. : Госстрой России, 2012. — 110 с.

9. Корольченко А. Я. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения : справочник. — М. : Асс. "Пожнаука", 2000. — Ч. 1. — 709 с.; ч. 2. — 757 с.

Материал поступил в редакцию 3 мая 2013 г.

= English

ABOUT THE CATEGORY OF GAS-GEOCHEMICAL DANGER OF BACKFILL

BRYUKHAN A. F., Candidate of Technical Sciences, Doctoral Student, Moscow State University of Civil Engineering

BRYUKHAN F. F., Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor, Moscow State University of Civil Engineering

KOROLCHENKO A. Ya., Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of Department of Complex Safety in Construction, Moscow State University of Civil Engineering

ABSTRACT

Construction works on the backfill are connecting with the fire and explosion hazard due to their ability to generate biogas, consisting of combustible components. In addition, the biogas has a fairly high toxicity and represents a serious environmental hazard, especially near residential areas. Therefore, in areas within the planned construction engineering survey provides geochemical soil testing and determination the degree of hazard.

This paper analyzes the existing criteria of soil geochemical hazards and offers their clarification.

With regard to the fire and explosion hazard, the following considerations are given. In the design and construction of opened public constructions dangerous levels of the biogas are excluded. However, during the construction of enclosed volumes on such grounds the explosible concentrations of methane are possible. A dangerous concentration of methane should be considered a concentration of 1.056 % vol., which is 20 % of the lower flammability limits of methane (5.28 % vol.), adopted by the conditions of fire and explosion hazard. As a criterion of the environmental hazard of bulk gas-generating soils an excess of a concentration of at least one component of biogas compared to the corresponding MAC should be taken.

Keywords: gas-geochemistry; ecology; geochemical hazard; fire and explosion hazard; backfill; engineering survey.

REFERENCES

1. Bondarik G. K., Yarg L. A. Inzhenerno-geologicheskiye izyskaniya [Engineering Geological Surveying]. Moscow, KDU Publ., 2011. 420 p.

2. Code of practice 11-102-97. Engineering environmental site investigations for construction. Moscow, Production, Scientific and Research Institute of Engineering Surveys in Construction Publ., 1997.41 p. (in Russian).

3. Shustrov Yu. D., MozharovaN. V., Kulachkova S. A. Gazogeokhimicheskiye issledovaniyana stroitel-nykh obyektakh Moskovskoy oblasti [Gas-geochemical studies on construction projects of the Moscow region]. Informatsionnyy vestnik GUMO "Mosoblgosekspertiza" —Information Bulletin of the "Mos-oblgosekspertiza", 2008, no. 2 (22), pp. 22-28.

4. Instructions for Engineering Geological and Engineering and Environmental Surveying in Moscow. Approved by the Directive of the Moscow Committee for Architecture and Urban Planning on 11 March 2004, no. 5. Moscow, GUP "NIATs" Publ., 2004 (in Russian).

5. Bakhronov R. R., Rozhkov S. V., Solovyeva I. A., Elshin A. V. Izyskaniya v osnovanii fundamentov sooruzheniy na nasypnykh gruntakh [Engineering Surveying for the bases of constructions in the bulk soils] Zhilishchnoye stroitelstvo — Residential construction, 2006, no. 10, pp. 14-15.

6. Eremeev A. A., Kosinova 1.1. Sravnitelnaya ekologo-geologicheskaya otsenka Gavrilovskoy, Belgo-rodskoy i Ostrogozhskoy ploshchadki upravleniyamagistralnykh gazoprovodov (UMG) [Comparative ecological and geological evaluation of the Gavrilovsk, Belgorod and Ostrogozhsk site of the of main gas pipelines controlling]. Materialy nauchnoy sessii Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta, sektsiya ekologicheskoy geologii [Proceedings of the scientific session of the Voronezh State University, Section of the Environmental Geology]. Voronezh, EPF Voronezh Publ., 2011, pp. 25-30.

7. Construction Norms and Rules 11-02-96. Engineering Surveying for Construction Purposes. Basic Provisions. Moscow, Production, Scientific and Research Institute of Engineering Surveys in Construction (PNIIIS) Publ., 1997. 41 p. (in Russian).

8. Code of practice 47.13330.2012. Engineering survey for construction. Basic principles (Updated version of the SNiP 11-02-96). Moscow, Gosstroy Rossii Publ., 2012. 10 p. (in Russian).

9. Korolchenko A. Ya. Pozharovzryvoopasnost veshchestv i materialov i sredstva ikh tusheniya: spravoch-nik [Fire and explosive hazard of compounds and materials and their fire extinguishing means. Handbook]. Moscow, Association "Pozhnauka" Publ., 2000. 709 p. (part 1), 757 p. (part 2).

Издательство «П0ЖНАУКА»

Представляет книгу

А. А. Антоненко, Т. А. Буцынская, A. H. Членов. ОСНОВЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ СИСТЕМ КОМПЛЕКСНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ : учебно-справочное пособие / Под общ. ред. д-ра техн. наук А. Н. Членова. -М.: 000 "Издательство "Пожнаука", 2010. - 210 с.

В учебно-справочном пособии изложены основы современного подхода к проблеме комплексного обеспечения безопасности объектов хозяйствования с помощью технических средств и систем; приведены сведения о технической эксплуатации комплексных систем безопасности, а также справочно-методическая информация для решения практических задач по эксплуатации. Дано основное содержание эксклюзивной разработки — ГОСТ Р 53704-2009 "Системы безопасности комплексные и интегрированные", входящего в отраслевой комплект нормативно-технической документации по данной проблеме.

Книга предназначена для практических работников в области систем безопасности и может быть использована как учебное пособие для подготовки и повышения квалификации специалистов соответствующего профиля.

121352, г. Москва, а/я 43; тел./факс: (495) 228-09-03; e-mail: mall@flrepress.ru

58

ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2013 ТОМ 22 №7