СПОСОБ ЛОКАЛЬНОГО ТУШЕНИЯ ТОРФЯНЫХ ПОЖАРОВ И БЫСТРОТВЕРДЕЮЩАЯ ПЕНА ДЛЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ ОЧАГОВ ГОРЕНИЯ ТОРФЯНЫХ ПОЖАРОВ
METHOD OF LOCAL FIRE SUPPRESSION OF PEAT FIRES AND QUICK-SETTING FOAM FOR LOCALIZATION OF PEAT FIRE COMBUSTION SOURCES

Изобретение относится к способу локального тушения очагов горения торфяных пожаров, в котором при создании вертикальной завесы применяют быстротвердеющую пену для тушения торфяных пожаров на основе раствора карбамидоформальдегидной смолы.
Известно, что для торфяных пожаров характерно также беспламенное горение, при котором значительная часть выделяющегося тепла используется для подсушивания и нагревания пограничного слоя торфа. Этому способствует его высокая калорийность, достигающая 5000 ккал/кг, и способность горящего торфа постепенно подсушивать еще влажные, не горящие слои до состояния горимости. Торф обладает высокой теплотворной способностью благодаря высокому содержанию в нем битумов (до 25%), и при высокой температуре происходит процесс их разложения с выделением парообразных парафинов. Последние при контакте с верхними холодными слоями торфа их парафинируют, то есть обволакивают мелкие частицы водонепроницаемой пленкой, и находящийся в таком состоянии торф не смачивается водой, что наряду с его высокой теплотворной способностью создает большие трудности при ликвидации торфяных пожаров (Тактика борьбы с торфяными пожарами - allRefs.net.html).
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 (http://protivpozhara.ru/sitemap).
Известен лесной пожарный вездеход (Авторское свидетельство SU №368869, МПК А62С 27/30, опубл. 8.11.1973), который предназначен для тушения пожара путем создания заградительного пенного барьера с помощью высокократной пены с использованием выхлопных газов двигателя.
Однако, в связи с тем, что большинство торфяных пожаров происходит в глубине залегания торфа, применение этого способа не эффективно.
Известен способ предупреждения пожара в торфяниках и отложениях лигнина (Патент RU №2311213, МПК А62С 3/02, опубл. 27.11.2007).
Сущность этого способа заключается в обеспечении профилактической локализации возможных очагов возгорания и повышении оперативности подавления действующих очагов путем быстрого их оконтуривания стенками-завесами из негорючего материала, обладающего свойствами превращаться из текучего состояния в неподвижное. Технический результат достигается тем, что перед прокладкой траншей по их линии определяют уровень критической влажности торфяника или лигнина путем глубинного зондирования, производят одновременно прокладку траншей и заполнение их негорючим материалом. При этом траншеи прокладывают в виде щели глубиной до уровня критической влажности с формированием невозгораемой стенки-завесы из подаваемого в них негорючего материала, в качестве которого используют текучий гелеобразный слаботвердеющий раствор. Определение уровня критической влажности торфяника или лигнина проводят с шагом, обусловленным удаленностью от очага возгорания. Кроме того, щелевидные траншеи прокладывают с помощью кабелеукладчика и в качестве гелеобразного слаботвердеющего раствора используют раствор, составленный из минеральных компонентов на основе глины, цемента с добавкой структурообразователя.
Известно (Торфяные пожары. html), что торфяной пожар характеризуется высокой температурой в зоне горения и сильной задымленностью. В развитии торфяного пожара можно выделить три периода. Первый, начальный - загорание торфа - характеризуется малой площадью очага, небольшой скоростью горения, сравнительно низкой температурой и слабой задымленностью. Второй период - это интенсивное горение и, соответственно, нарастание скорости и температуры горения. Третий период отличается высокой температурой горения, сильной задымленностью и большой площадью распространения.
В связи с тем, что время затвердевания гелеобразного слаботвердеющего раствора составляет 3,5 часа, при аномальном развитии пожара стенка-завеса будет не готова выполнять огнепреградительные функции.
Известен рабочий орган траншейного экскаватора (Патент RU №1573104, МПК E02F 5/08, опубл. 23.06.1990).
Рабочий орган состоит из пустотелой рамы, механизма навески и дисковой фрезы, смонтированной на приводном валу. Концы вала через уплотнители проходят внутрь рамы и снабжены лопастными смесителями. К задней пустотелой балке рамы жестко присоединен пустотелый зачистной нож. Внутренние полости рамы и ножа соединяются между собой, а на нерабочей поверхности зачистного ножа установлены сопла. Рама снабжена присоединительными штуцерами, которые шлангами соединены с емкостью на базовой машине. Привод фрезы осуществляется от базовой машины через трансмиссию.
В процессе наладки заградительного барьера при тушении пожаров на торфяниках базовая машина, оборудованная рабочим органом траншейного экскаватора, устанавливается параллельно фронту пожара на безопасном расстоянии от него. Фреза приводится во вращение через трансмиссию от базовой машины и заглубляется в торфяной грунт опусканием рамы. При движении вперед фреза прорезает грунт до минерального подстилающего слоя, образуя щель. Химические компоненты огнестойкого состава из емкости самотеком по шлангам через присоединительные штуцеры подаются в полости рамы. Смешиваются лопастями смесителей вала и через полость зачистного устройства и сопла поступают в щель, где, затвердевая, образуют заградительный барьер, препятствующий распространению пожара.
Однако это техническое решение не предусматривает дальнейшие пути повышения эффективности заградительного барьера за счет применения в качестве огнестойкого состава быстротвердеющей пены для тушения пожаров на основе растворов карбамидо-формальдегидной смолы.
В работе (Е.А. Москвилин, Е.С. Родионов, С.П. Ерохин, И.В. Волков. Борьба с лесными пожарами путем создания заградительных полос методом нанесения быстро твердеющей пены, БГИТА, 2015 science-bsea.bgita.ru>2015/les…moskvilin_borba.htm,catalog.belstu.by>Книжный каталог>doc/88508) отмечено, что в последнее время для повышения эффективности борьбы с огнем все более широкое распространение получают быстротвердеющие пены. Подбором состава компонентов быстротвердеющих пен можно добиться хороших адгезионных показателей к широкому кругу материалов. Получение быстротвердеющей пены можно осуществить на штатной пожарной технике с высокой производительностью 40-70 л/с (по пене) с дальностью подачи через стволы СВП на 15-20 м. Затвердевание пены происходит в течение нескольких секунд, что позволяет получать надежные защитные слои даже на вертикальных поверхностях. Таким образом, применение быстротвердеющей пены обеспечивает огнезащитное покрытие крупных объектов (различная техника, открыто хранящееся продукция, штабели торфа и древесины и т.ип.) с помощью средств механизации за короткий срок (Пармон В.В., Леоник Д.А, Палубец С.М. Методические рекомендации по тушению торфяных пожаров. - Минск, 2005).
Отмечено, что наиболее перспективными с точки зрения пожарного применения являются составы на основе растворов карбамидоформальдегидной смолы (КФ-МТ). Применение КФ-МТ обусловлено их доступностью и невысокой стоимостью. Образование огнезащитного пенного слоя происходит за счет одновременного протекания реакции поликонденсации смолы в присутствии кислоты, вспенивания и перемешивания. Основным компонентом состава является КФ-МТ, «сильная» кислота, пенообразователь, а также целевые добавки, улучшающие механические и огнезащитные свойства пены.
Отмеченные в указанной ранее статье пенные составы были получены на основе КФ-МТ, пенообразователя ПО-1Д, серной кислоты и воды, и были приняты за прототип заявляемой быстротвердеющей пены для тушения торфяных пожаров.
В работе (Е.А. Москвилин, Е.С. Родионов, С.П. Ерохин, И.В. Волков. Борьба с лесными пожарами путем создания заградительных полос методом нанесения быстро твердеющей пены, БГИТА, 2015 science-bsea.bgita.ru>2015/les…moskvilin_borba.htm,catalog.belstu.by>Книжный каталог>doc/88508) определены оптимальные значения содержания компонентов быстротвердеющей пен: концентрация смолы составляла 17,0 - 25,0% объем., пенообразователя - 2,0-6,0% объем., серной кислоты 2,0-3,0% объем., остальное вода. Для получения пены готовился раствор смолы и пенообразователя. Полученный раствор вспенивался, в процессе вспенивания добавлялась концентрированная серная кислота. Вспенивание производилось в течение 20-30 сек. с помощью механической лопастной мешалки. Кратность пены составляла ~10.
Указанная быстротвердеющая пена применяется для создания заградительных и опорных полос в лесу совместно с раствором бишофита. Как показали испытания быстротвердеющей пены и раствор бишофита пропитывают надпочвенный лесной покров на глубину 2 см, причем пена после отвержения образует сплошной слой пенопласта толщиной 2-3 см и обволакивает стенки мха, траву и кустарники, они вплетаются в структуру пенопласта и образуют с ним одно целое. Через 2,5 часа после прокладки полос был произведен поджог лесорастительного покрова с подветренной стороны от опорной полосы. Погодные условия на день испытаний соответствовали 3 классу пожарной опасности. При подходе к заградительным полосам высота пламени уменьшалась, и продвижение фронта огня прекращалось. Прогорание опорных полос, обработанных раствором быстротвердеющей пены и бишофита, не наблюдалось (М.А. Мотин, Н.П. Копылов, С.Т. Боркин, Б.М. Фролов. Экспериментальная оценка эффективности комбинированного способа создания заградительных полос // Горение и пожары в лесу. - Красноярск, 1984).
В заявляемом техническом решении для создания вертикальной завесы используют только быстротвердеющую пену для тушения пожаров на основе растворов карбамидо-формальдегидной смолы, а применение раствора бишофита для пропитки стенок полой щели завесы не требуется.
Задача заявляемого технического решения заключается в повышении эффективности борьбы с торфяными пожарами путем создания негорючего затвердевающего при заполнении вертикальной завесы в виде полой щели материала, обладающего повышенной огнестойкостью.
Сущность заявляемого негорючего материала заключается в том, что в быстротвердеющей пене для локализации очагов горения торфяных пожаров, содержащей раствор карбамидоформальдегидной смолы, пенообразователь, концентрированную серную кислоту, воду и целевые добавки, целевые добавки содержат жидкое стекло и формамид в следующем соотношении компонентов, масс. %:
Карбамидоформальдегидная смола
15-20
Пенообразователь
2-4
Концентрированная серная кислота
4-5
Жидкое стекло
5-20
Поливинилацетатная дисперсия
1-2
Формамид
1-10
Вода
Остальное
Технический эффект, реализуемый заявляемой быстротвердеющей пеной для локализации очагов горения торфяных пожаров, обуславливается следующим.
Применение в заявляемом техническом решении новой быстротвердеющей пены для локализации очагов горения торфяных пожаров позволяет создать негорючий затвердевающий при заполнении вертикальной завесы в виде полой щели материал, обладающий повышенной огнестойкостью по сравнению с негорючим материалом, предлагаемым в прототипе.
Повышение огнестойкости указанного материала обусловлено формирующейся под действием концентрированной серной кислоты пространственно-сетчатой структуры, образующейся как за счет реакции поликонденсации карбамидоформальдегидной смолы, так и за счет выделения геля кремниевой кислоты из жидкого стекла.
Затвердевший вспенившийся гель кремниевой кислоты обладает хорошими теплоизолирующими свойствами, при этом негорюч. В то же время на практике получить затвердевший вспененный слой геля кремниевой кислоты, который не растрескивался бы под действием теплового потока и имел бы достаточные адгезионные свойства при контакте с обработанной поверхностью, не удается.
В заявляемом техническом решении, как было отмечено ранее, сформирована пространственно-сетчатая структура из карбамидоформальдегидного полимера, в ячейках которого содержится гель кремниевой кислоты, другие целевые добавки.
Огнезащитный эффект такой структуры определяется низкой теплопроводностью состава в целом, его негорючестью и достаточной механической прочностью при воздействии теплового потока, поскольку растрескивание слоя негорючего затвердевающего материала приводит к резкому снижению огнестойкости вертикальной завесы, размещенной в локальной зоне торфяного пласта.
Для уменьшения растрескивания слоя быстротвердеющей пены под влиянием теплового потока в качестве пластификатора в заявляемый состав негорючего затвердевающего материала включена поливинилацетатная дисперсия.
Исследования огнезащитных быстротвердеющих пен на основе карбамидофор-мальдегидных смол показало, что огнезащитные свойства их во многом определяются динамикой выделения жидкой фазы из слоя затвердевающей пены под влиянием теплового потока. Слишком быстрое выделение воды приводит к уменьшению времени огнезащиты, то есть снижению огнезащитного эффекта, а слишком медленное ее выделение - к перегреву ее в слое пены, созданию внутренних напряжений с дальнейшим растрескиванием слоя, отмеченного ранее негорючего затвердевающего материала, что приводит к потере огнестойкости вертикальной завесы.
Оптимизация скорости выделения воды из огнезащитного слоя быстротвердеющей пены под действием теплового потока в заявляемом техническом решении достигается за счет введения в ее состав некоторых добавок.
2
Предлагаемая целевая добавка - формамид (амид муравьиной кислоты, метанамид), HCONH, бесцветная гигроскопическая жидкость, без запаха, температура кипения 210,5 С, хорошо растворима в воде (http://www.xumuk.ru.html). Формамид повышает огнестойкость быстротвердеющей пены за счет регулирования процесса выделения жидкой фазы из твердой пены. Введение формамида также приводит к гомогенизации раствора карбомидоформальдегидной смолы, улучшая вспенивание.
Нижний предел содержания жидкого стекла определяется повышением огнестойкости защищаемого материала по сравнению с прототипом.
Содержание жидкого стекла выше верхнего предельного значения ухудшает вспенивание исходного раствора, кратность пены снижается, растрескивание при воздействии теплового потока становится значительным, что приводит к уменьшению огнестойкости.
Для улучшения физико-механических показателей в заявляемый состав быстротвердеющей пены добавляют известный пластификатор - ПВА - дисперсию.
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 предотвращением распространения пожара на торфяниках, а также к негорючим затвердевающим материалам, предназначенным для создания в торфяном пласте вертикальных завес.
Известен способ борьбы с пожарами на торфяниках (Патент RU №2236877, МПК А62С 3/02, опубл. 27.09.2004). Сущность указанного способа заключается в том, что, продвигаясь по намеченной трассе, пожарный агрегат дисковой фрезой прорезает в толще торфяного пласта узкую (шириной 80-100 мм) заградительную щель. При этом по гибкому рукаву, один конец которого подсоединен к выхлопной трубе агрегата, а другой протягивается по дну щели, в ее полость подаются выхлопные газы от работающего двигателя. Поскольку эти газы тяжелее воздуха, они вытесняют его из полости щели, полностью заполняя собой весь ее объем. Одновременно из емкостей, установленных на агрегате, к его пеногенератору поступают пенообразующие компоненты, в качестве которых используют легко растворимые в воде карбомиднофенольные смолы и пенообразователи. В результате на выходе пеногенератора образуется поток огнестойкой пены, который в виде валика, более широкого, чем щель, наносится на поверхность торфяного пласта, закрывая сверху полость щели. Так как объемный вес пены незначителен, а ширина щели невелика, пена не проваливается вглубь, а лишь смыкает кромки щели, зависая над ней, что подтверждено опытным путем. В дальнейшем пена затвердевает и приобретает механическую прочность, что предотвращает вероятность разгерметизации замкнутого пространства, которое представляет собой полость щели после прохода агрегата. Выхлопные газы, проникая в пористые стенки щели, способны остановить горение раньше, чем оно дойдет до ее внутренней, обращенной к пожару, стенке.
Заградительная щель, созданная по данному способу и полностью заполненная практически бескислородной средой, способна сдерживать продвижение торфяного пожара более эффективно, чем щель, заполненная пеной, поскольку в пузырьках пены содержится значительное количество кислорода. Вместе с тем способ обеспечивает резкое сокращение расхода пенообразующих компонентов, так как объем пенного валика в несколько раз меньше объема полости заградительной щели.
Ранее было установлено (http://protivpozhara.ru/sitemap), что одним из самых коварных видов лесных пожаров является подземный. Горение торфа и корней деревьев может проходить при полном отсутствии кислорода.
Отсюда следует, что для обеспечения полной надежности тушения торфяного пожара необходимо создавать сплошную негорючую преграду по фронту его продвижения.
Известен способ предотвращения распространения пожара на торфяниках (Патент RU №2236877, МПК А62С 3/02, опубл. 27.09.2004).
На разрывной полосе выполняют полую щель, в верхней части которой отрывают траншею шириной 0,4-0,6 м и глубиной 0,15-0,20 м с отсыпкой валика. Траншею заполняют фильтром из негорючего водостойкого материала, например керамзита.
Реализацию предлагаемого способа предотвращения пожара на торфяниках осуществляют в следующем порядке. Разрывные полосы прокладывают осенью поперек преобладающего уклона местности. В качестве орудия для прокладки щелей желательно использовать баровый щелерез, преимуществом которого является разрезание корней. После прокладки щели над ней пропускают каналокопатель, который производит отрывку траншеи с одновременным перемещением грунта ниже по уклону местности с формированием валика. После отрывки траншею заполняют негорючим водостойким материалом и формируют фильтр.
Весной при таянии снега и образовании поверхностного стока вода стекает в сторону преобладающего уклона. Валик препятствует дальнейшему стоку воды по склону. Вода, просачиваясь через фильтр, заполняет щель, при этом благодаря наличию щели впитывание влаги торфом начинается снизу, где располагаются наиболее иссушенные слои торфа, по мере насыщения его влагой скорость впитывания падает и уровень заполнения щели постепенно увеличивается. Таким образом, к летнему периоду формируется зона увлажнения, расширяющаяся внизу. Наличие траншеи шириной 0,4-0,6 м и глубиной 0,15-0,20 м, заполненной фильтром из водостойкого негорючего материала с размером фракций 5-20 мм, обеспечивает разрыв капилляров после прекращения весеннего паводка и поэтому резко снижает испарение влаги, запасенной в отмеченной ранее зоне. Ширина траншеи зависит от глубины щели: чем глубже щель, тем меньше ширина траншеи. При возникновении пожара на торфянике фронт горения постепенно приближается к увлажненной зоне и в связи с высоким уровнем влажности торфа в этой зоне процесс горения затухает. При этом большая влагоемкость торфа при наличии траншеи, заполненной негорючим водостойким фильтром, позволяет сохранить запасы влаги в течение всего пожароопасного периода года даже при отсутствии значительных осадков.
Однако формирование вертикальной завесы происходит заблаговременно в несколько этапов, поэтому этот способ нельзя применять при активном распространении пожара на торфяниках.
Известен экологически безопасный пенообразующий состав термостойкой пены для тушения пожаров (Патент RU №2465028, МПК A62D 1/02, опубл. 27.10.2012), включающий поверхностно-активное вещество, основной хлорид алюминия, неорганическую соль и воду, отличающийся тем, что состав в качестве поверхностно-активного вещества включает пиво, а в качестве неорганической соли - натрий двууглекислый при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Основной хлорид алюминия, Al<sub>2</sub>(OH)<sub>5</sub>Cl
1,0
Натрий двууглекислый
0,5
Пиво
30
Вода
Остальное
Однако названный пенообразующий состав термостойкой пены не предназначен для заполнения вертикальной завесы в качестве негорючего материала, так как в результате длительного нахождения в пространстве, образуемом полой щелью, происходит капиллярная пропитка близлежащих отложений торфяного пласта и последующее растекание этого состава, находящегося в жидком агрегатном состоянии, в нижних слоях отложений торфяного пласта за счет медленно протекающих фильтрационных процессов.
Известен способ проведения огневых аварийно-ремонтных работ на трубопроводах с нефтью и нефтепродуктами (Патент RU №1743614, МПК А62С 3/00, опубл. 30.06.1992).
Обеспечение условий безопасности огневых работ, сокращение длительности и снижение трудоемкости подготовительных операций достигается путем забивки пробок из быстротвердеющей пены в начале и конце поврежденного участка, заполнения объема трубопровода между пробками и технологического котлована воздушно-механической пеной, а также контроля загазованности на месте проведения работ. В качестве пробок применяется быстротвердеющая пена, а трубопровод между пробками и технологический котлован заполняются воздушно-механической пеной. Данный способ предназначен для ликвидации аварийных ситуаций на трубопроводах с нефтью и нефтепродуктами при подготовке их к огневым работам для предотвращения взрыва и развития пожара.
В заявляемом способе вертикальная завеса для тушения пожаров заполняется быстротвердеющей пеной полностью без разрывов, что повышает надежность тушения очагов горения торфяных пожаров.
Известен (Новые средства пожаротушения_ жидкое стекло.html) специальный состав на основе воды, жидкого стекла и других компонентов предназначен для тушения пожаров повышенной сложности и возгораний веществ, находящихся в различных агрегатных состояниях (Патент RU №2275951, МПК A62D 1/00 (2006.01), опубл. 10.05.2006).
Было установлено, что при тушении пожаров водой, температура горения в очаге снижается за счет того, что вода испаряется и забирается большое количество тепла.
При тушении пожаров водным раствором жидкого стекла испаряется сначала вода, которой разбавили жидкое стекло, затем удаляется вода из самого жидкого стекла. Жидкое стекло превращается в твердообразное состояние, так называемый ксерогель. Но он содержит еще молекулярную, химически связанную воду. При дальнейшем нагреве образуется пленка. При высоких температурах эта пленка увеличивается в объеме примерно в 30 раз - образуется слой неорганической негорючей пены большой толщины. Эта пена обладает очень низкой теплопроводностью и изолирует доступ кислорода к горючей поверхности. Объект прекращает дальнейшее горение и тление.
Минус нового раствора в том, что при небольших возгораниях он работает с той же эффективностью, что и вода, поскольку главный «козырь» жидкого стекла в том, что при максимальных температурах он вспенивается, а при низких - нет. Чтобы раствор себя «хорошо показал», ему нужна устойчивая температура от 550 градусов и выше, а на стадии, когда пожар зарождается, его нет смысла тратить, потому что нет эффекта вспенивания.
Известен состав (Патент Германии DE 10054686, опубл. 06.06.2002), в котором используют жидкое стекло с концентрацией от 50 до 98%. Этот состав не предназначен для тушения зданий и лесных пожаров - им наполняют маленькие аэрозольные баллончики.
Эффективность действия такого состава обеспечивается способностью жидкого стекла образовывать на поверхности горения только изолирующую пленку, предотвращающую доступ кислорода воздуха к поверхности горения. Основным недостатком известного состава является его высокая вязкость, в связи с чем огнетушащий состав наносится на поверхность горения из аэрозольных упаковок с помощью транспортирующих газов - азота, диоксида углерода или пенообразующих средств, а также с помощью других приспособлений. Кроме того, в известном составе не упоминается о том, что состав является водным раствором жидкого стекла, а термин "Wasserglas" можно дословно перевести как водное или растворимое стекло.
В описании известного состава также не упоминается о способности жидкого стекла под действием высоких температур (100-450°С) образовывать твердую, термостойкую неорганическую пену, слой которой надежно изолирует поверхность горения от доступа кислорода воздуха и действия теплового потока.
Как было установлено ранее (Авторское свидетельство SU №542756, МПК С09К 21/14, опубл. 15.01.1977), жидкое стекло известно как вещество, повышающее огнезащитные свойства покрытий. Однако в этом техническом решении жидкое стекло (силикат натрия) находится в механической смеси с мочевиноформальдегидной смолой, представляя собой огнезащитную обмазку.
В заявляемом техническом решении жидкое стекло включено в пространственно-сетчатую структуру вспененного карбамидоформальдегидного полимера, что резко меняет теплофизические показатели слоя вертикальной завесы, созданной из негорючего, затвердевающего при заполнении щели материала, приводя к значительному увеличению огнестойкости защищаемой поверхности.
Анализ других технических решений показал, что известные технические решения не решают отмеченные ранее задачи, решаемые заявляемым способом и предлагаемой быстротвердеющей пеной для локализации очагов горения торфяных пожаров.
На основании изложенного, можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», а само изобретение является новым.
Осуществление технического решения, заложенного в быстротвердеющей пене для локализации очагов горения торфяных пожаров, может быть реализовано следующим образом.
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.
2
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/м. 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).
Известны составы, затрудняющие воспламенение твердых горючих материалов при действии на них мощного теплового потока. Их наносят на поверхность защищаемого объекта для создания теплоизоляционного слоя. Наибольшим огнезащитным эффектом, доступностью и дешевизной компонентов обладают известково-глино-солевые составы. Недостатком таких составов является невысокая механическая прочность и неустойчивость к атмосферным условиям, а также необходимость неоднократно вручную наносить их на защищаемую поверхность. Известны более сложные составы, например, для покрытия древесины, включающие жидкое стекло, глину, смолу, а также жидкое стекло, глину, глицерин и воду. Недостатком этих составов является длительное формирование защитного покрытия и вследствие этого невозможность получения слоев с целевым огнезащитным эффектом, в особенности на вертикальных поверхностях. Наличие таких компонентов огнезащитного состава, как глина, затрудняет применение механических устройств для обработки, так как образующиеся взвеси твердых частиц склонны к расслаиванию и к загрязнению магистралей, по которым подается огнезащитный состав (Е.Е. Дунда, Г.П. Телицын. О пределе огнегасящей эффективности водных растворов химических соединений // Горение и пожары в лесу. - Красноярск, 1978).
На основе многокомпонентных огнезащитных составов, содержащих неорганические и органические вещества, полимерные соединения был разработан ряд композиций с большим огнезащитным эффектом и хорошими адгезионными свойствами по отношению к древесине и др. покрытиям. Такие составы образуют при нагревании вспучивающийся теплоизолирующий защитный слой.
Исследования огнезащитных свойств растворов хлорида магния (бишофита) и диаммонийфосфата при нанесении их на поверхность древесины, которая подвергается воздействию теплового потока, показали, что эффект огнезащиты увеличивается с ростом концентрации растворов ретардантов. С помощью обработки поверхности древесины растворами ретардантов можно увеличить огнестойкость к воздействию теплового потока в 2-2,5 раза (Е.А Москвилин., Е.С. Родионов, С.П. Ерохин, И.В. Волков. Борьба с лесными пожарами путем создания заградительных полос методом нанесения быстро твердеющей пены, БГИТА, 2015 science-bsea.bgita.ru>2015/les…moskvilin_borba.htm,catalog.belstu.by> Книжный каталог>doc/88508).
Известен пример создания быстротвердеющей пены (Российские ученые предложили тушить пожары при помощи твердой пены.html), изготовленной из неорганических композитов. Благодаря новому средству огню можно будет противостоять в течение длительного периода времени. Средство отличатся тем, что даже при самой высокой температуре обретает еще большую термоустойчивость. Вещество, из которого состоит средство, включает в себя 2 компонента. Эти составляющие при выходе из ствола пожарного шланга образуют керамическую и быстротвердеющую пену.
Обычные пенообразователи получили сертификат второго или третьего класса биоразлагаемости. Новая пена, в состав которой входят неорганические композиты, получила 1-й класс биоразлагаемости и безопасна для окружающей среды.
Однако вопрос применения быстротвердеющей пены для создания при пожаре в торфяном пласте вертикальной завесы, по мнению авторов изобретения, в настоящее время до конца не исследован.
Создание таких завес позволяет произвести локальное тушение очагов горения торфяных пожаров, учитывая ранее приведенные из уровня техники и научно обоснованные данные в области тушения торфяных пожаров.
В дальнейшем изобретение поясняется примером его реализации, а также примерами приготовления и испытания быстротвердеющей пены для локализации очагов горения торфяных пожаров.
На чертеже представлена схема реализации заявляемого способа.
После проведенной разведки определяют границы активного локального очага горения торфяного пожара. Землеройная техника (условно не показана) передвигается на безопасном расстоянии, не доходя своим рабочим органом до границы активного локального очага горения 1 торфяного пожара, по поверхности торфяника 2. Одновременно фреза рабочего органа образует вертикальную завесу в виде щели 3 до минерального подстилающего слоя 4. Щель 3 заполняют быстротвердеющей пеной 5 для локализации очагов горения пожаров на основе растворов карбамидоформальдегидной смолы. Затвердевание пены 5 происходит в интервале от 2 до 30 секунд (по данным, приведенным в работе «Разработана новая технология пожаротушения - быстротвердеющая пена!.html»).
По мере заполнения щели 3 пеной 5 она расширяется, в результате чего избыток пены 5 образует над поверхностью торфяника 2 холмик 6, по которому пожарный визуально определяет границу активного локального очага горения торфяного пожара.
Тем самым определяется граница опасной зоны, за которую заходить пожарным строжайше запрещено.
По мере выгорания зон 7 и 8 в торфяном пласте граница активного локального очага горения 1 доходит до вертикальной завесы из быстротвердеющей пены 5 для локализации очагов горения пожаров, в результате чего дальнейшее распространение пожара торфяного пласта за границы, обозначенные вертикальной завесой, не происходит.
Примеры приготовления и испытания быстротвердеющей пены для локализации очагов горения торфяных пожаров.
Пример.
Для получения и испытания быстротвердеющей пены для локализации очагов горения торфяных пожаров согласно изобретению используют следующие вещества:
Карбамидоформальдегидная смола марки КФ-Б, ГОСТ 14231-88;
Пенообразователь ПО - 1, Гост 6948-81;
Концентрированная серная кислота, ГОСТ 4204-77;
Жидкое стекло натриевое жидкое ГОСТ 13078-81;
Дисперсия поливинилацетатная марки Д51В, ГОСТ 18992-80;
Формамид, ТУ 6-09-3884-84;
Вода питьевая, ГОСТ Р 51232-98.
При приготовлении быстротвердеющей пены в цилиндрический толстостенный фаянсовый сосуд вносят 60 г 60%-го водного раствора карбамидоформальдегидной смолы марки КФ-Б, 6 г пенообразователя ПОГ - 1, 40 г поливинилацетатной дисперсии в виде эмульсии, 30 г жидкого стекла, 3 г формамида, затем добавляют воду в количестве 89 г.
После этого производят энергичное вспенивание в течение 20-30 с с помощью миксера. В дальнейшем во вспененную смесь добавляют серную кислоту, продолжая перемешивание. Через 2-3 с после добавления кислотного отвердителя полученную еще жидкую пену заливают в разборную форму, дном которой служит деревянный образец размером 150×100×17,5 мм. Отверждение пены и превращение ее в твердую массу белого цвета происходит в течение 3-5 с после заливки в форму. Затем форму разбирают, высоту слоя пены выравнивают ножом до постоянной величины, принятой в методике испытаний.
Образец древесины со слоем быстротвердеющей пены помещают в держатель установки для проведения теплофизических испытаний.
Огнестойкость защищаемого материала, покрытого слоем быстротвердеющей пены (заявляемая быстротвердеющая пена и быстротвердеющая пена, принятая за прототип), оценивают в минутах от начала испытаний до достижения на поверхности контакта покрытия с материалом температуры 500°С.
Результаты испытаний огнестойкости защищаемого материала, покрытого слоем быстротвердеющей пены для локализации очагов горения торфяных пожаров, представлены в табл.
* Результаты испытаний огнестойкости защищаемого материала, покрытого слоем быстротвердеющей пены, принятой за прототип.
Анализ результатов сравнительных испытаний быстротвердеющей пены для локализации очагов горения торфяных пожаров (заявляемой быстротвердеющей пены и быстротвердеющей пены, принятой за прототип) показал, что:
1. Заявляемый негорючий материал обеспечивает повышение огнестойкости защищаемого материала в 2,0-2,5 раза по сравнению быстротвердеющей пены, принятой за прототип;
2. Добавление в огнезащитный пенный состав только жидкого стекла или только формамида, как показали опыты, не приводят к заметному повышению огнестойкости, отмеченного ранее, слоя вертикальной завесы из быстротвердеющей пены.
Граничные значения содержания компонентов в заявляемой быстротвердеющей пене обусловлены наибольшими величинами огнестойкости защищаемого материала. При использовании заявляемого негорючего материала, содержащего целевые добавки за пределами граничных значений, огнестойкость защищаемого материала снижается.
Анализ современных теоретических представлений о механизмах тушения очагов горения торфяных пожаров и общеизвестные сведения из уровня техники показали большую перспективу применения предлагаемой быстротвердеющей пены при создания вертикальной завесы для локализации очагов горения торфяных пожаров.
Заявляемое техническое решение просто в эксплуатации и может быть использовано при тушении локальных торфяных пожаров с любой глубиной залегания торфа при отсутствии пожарных в опасной зоне открытого или закрытого горения торфяников.