СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ И ТУШЕНИЯ ЛЕСНОГО ПОЖАРА Российский патент 2004 года по МПК A62C3/00 

Изобретение, относящееся к способам локализации и тушения лесных пожаров на базе взрывных технологий, предназначено для борьбы с крупномасштабными пожарами с множественными очагами горения, происходящими в отдаленных и труднодоступных районах, и осуществляется путем относительно слабых энергетических воздействий на фронт или площадь горения. Указанная область применения может быть расширена при использовании в нештатных случаях для борьбы с лавинами в горных условиях, степных пожарах и на ледокольных работах.

Известны способы борьбы с лесными пожарами, использующие для их подавления энергию воздушной ударной волны, источником которой является заряд ВВ. Среди них можно выделить способ создания заградительной полосы перед фронтом верхового пожара путем удаления из полога леса легкогорючих материалов (листья, хвоинки, веточки диаметром до 7 мм - ЛГМ), являющихся основными проводниками пожара [1]. Для его локализации необходимо удаление не менее 80% от общей массы этих материалов. Указанная величина является концентрационным пределом распространения пожара по содержанию ЛГМ. Удаление осуществляют путем подрыва рассредоточенных в объеме леса зарядов ВВ. Плотность их размещения зависит от характеристик ВВ и находится в пределах от 0,15 до 0,3 кг/м³ (заряды ПЖВ-20 на основе аммонита). Первая величина соответствует условиям локализации пожара, а вторая, превышение которой экономически нецелесообразно, - удалению максимально возможной массы ЛГМ, содержащихся в единице объема леса. Тушение пожара производят в два этапа. На первом создают заградительную полосу, а на втором - на одной из границ полосы при подходе к ней пожара взрывают такие же заряды на земле. При этом за счет воздействия ударной волны происходит срыв пламени и тушение пожара, а из полосы окончательно удаляются легкогорючие материалы. Способ [2], являющийся по сути наиболее близким к заявляемому, выбран в качестве прототипа. Он реализуется подрывом шнурового заряда (типа ЭШ-1П), расположенного в пологе леса по линии, эквидистантно описывающей переднюю кромку фронта пожара в горизонтальной плоскости на высоте, примерно равной половине средней высоты деревьев или высоте нижней границы полога леса (в большинстве случаев ~10-15 м). Заряды такого типа применяют для создания минерализованных полос на земле при тушении низовых лесных и степных пожаров, ледокольных работах и на лесоповале. Образующаяся при взрыве ударная волна в горизонтальной и падающая в вертикальной плоскости, усиленная отраженной от поверхности земли волной, создают заградительную полосу путем удаления основных проводников горения из полога леса и напочвенного покрова, а также обеспечивают срыв пламени и прекращение пожара.

Прототипу [2], равно как и способу [1], присущи следующие недостатки:

- единых правил безопасности при взрывных работах на высоте, аналогичных правилам [3], гарантирующих их безопасное выполнение, не существует;

- механизированных устройств для подъема персонала и средств взрывания с уровня земли на нужную высоту вдоль линии прокладываемой заградительной полосы не разработано;

- выполнение взрывных работ с применением подручных средств практически невозможно из-за большого объема и отсутствия надлежащих условий, жестких требований по надежности и срокам проведения, организационной сложности и затратности материально-технического обеспечения, повышенных требований к квалификации персонала;

- проведение взрывных работ в условиях близости к надвигающимся фронту и флангам пожара (скорости перемещения фронта от 3 до 100 м/мин) с их нестабильным поведением во времени сопряжено с высокой степенью риска для персонала, невыполнимо в темное время суток;

- работы по прокладке полосы в зонах леса с высоким пологом или большой толщиной его слоя усложняются необходимостью прокладки параллельных или дополнительных зарядов с соответствующим разветвлением цепей передачи детонации;

- условия безопасности требуют, чтобы прокладываемая заградительная полоса была отнесена от кромки пожара вглубь негорящего леса на некоторое расстояние, зависящее от скорости ее перемещения и времени потребного на подготовку заряда к взрыву, которое с учетом длины фронта в конечном итоге определит величину неизбежной потери леса;

- эффективность действия протяженных взрывных цепей, сопоставимых по длине с длиной кромки пожара, может быть снижена при отказах в цепях передачи детонации или при изменениях условий подхода пожара к заряду относительно прогнозируемых в начале прокладки, что потребует создания новой заградительной полосы.

Среди известных пожароподавляющих устройств, используемых для тушения пожаров, наиболее близким к заявляемому по исполнению является выбранный в качестве прототипа подрывной элемент для локализации верхового лесного пожара [4], содержащий корпус с зарядом ВВ и устройство инициации. Корпус снабжен фиксатором, связанным с ним гибким несущим тросом. Конструкция позволяет снизить трудоемкость при размещении элементов с самозацеплением в кронах деревьев путем их метания с борта вертолета. Метание элементов в двух вариантах осуществляют с помощью пусковых установок. В первом по направлению намеченной заградительной полосы отстреливают контейнер, содержащий 100 штук элементов (эквивалент каждого 0,1 кг ТНТ). Рассеивание элементов из летящего контейнера на плоскость, параллельную подстилающей поверхности леса, осуществляют посредством разделительных пиротехнических устройств, с окончательным расположением элементов квадратами со стороной 3 м. По истечении установленной временной задержки, определяемой условиями безопасности вертолета, указанные точечные заряды инициируются, а система сферических ударных волн создает в полосе зону с пониженной концентрацией ЛГМ (длина 30 м, высота по кронам 3 м, ширина 15 м - в большинстве случаев примерно равна половине высоты деревьев). Очередной контейнер продвигает такую же зону еще на 30 м, а повторное метание на одну и ту же зону обеспечивает ее пошаговое (на ≈3 м) распространение к нижней границе леса. Применение элементов без фиксаторов позволяет получить желаемый эффект у нижней границы леса или на подстилающей поверхности. Во втором варианте отстрел элементов осуществляют из пакета, содержащего 40 пусковых труб (8 горизонтальных рядов по 5 штук), снаряженных каждая блоками из пяти спаренных элементов с приведенным выше эквивалентом. Их рассеивание осуществляют залповым отстрелом из одного ряда, трубы в котором расположены под углами относительно продольной оси пакета так, что после последующего пиротехнического разделения элементы размещаются в ветвях через 3 м по поперечной отстрелу координате на поверхности леса, находящейся в 20 метрах ниже вертолета. Очередной отстрел элементов осуществляют через 0,5 с, что при скорости вертолета 6 м/с обеспечивает их размещение на деревьях через 3 м по продольной координате. Подрыв элементов осуществляют, как и в первом варианте, в результате чего получают полосу с пониженным содержанием ЛГМ длиной 120 м, шириной 15 м и высотой 3 м.

Недостатками, снижающими эффективность подрывного элемента, являются:

- существенные отклонения фактических положений элементов относительно заданных, которые обусловлены конструкцией элементов и спецификой пиротехнических способов их рассеивания с присущими им значительными возмущениями;

- рассеивание элементов по варианту два при прокладке полосы может привести к увеличенным, относительно заявляемых, отклонениям из-за невозможности постоянного выдерживания требуемого превышения вертолета над плоскостью рассеивания;

- разделение требуемого для локализации пожара суммарного энергетического воздействия на множество мелких точечных может привести к увеличению числа отказов подрывов зарядов, снижающих равномерность и синхронность ударного воздействия на пожар волны, ухудшению удельных характеристик конструкции подрывного элемента и увеличению числа металлических осколков, засоряющих территорию и являющихся потенциальными источниками новых очагов загорании, в т.ч. и подземных;

- создание достаточно протяженной заградительной полосы требует организации большого количества вылетов вертолетов при жестких требованиях к пилотированию и точности отстрелов, удлиняет сроки проведения и удорожает производство работ, способствует увеличению потерь леса;

- отстрел элементов на близкорасположенную к вертолету поверхность леса вперед по курсу опасен по фактору его поражения осколками при отказах пиротехнических систем разделения и замедления с увеличением степени опасности при отстрелах элементов контейнерами и при повторном рассеивании на полосу, в которой могут находиться неразорвавшиеся в предыдущих циклах элементы;

- малая дальность полета вертолета и его относительно низкая грузоподъемность ограничивают возможности применения и эффективность подрывного элемента.

Решаемой технической задачей является повышение эффективности способов и устройств для локализации и тушения на базе взрывных технологий крупномасштабных лесных пожаров, включая повальные, с множественными очагами горения, протекающих в удаленных и малодоступных районах, за счет: оптимизации параметров энергетического воздействия на объекты до уровней экологической безопасности, повышения безопасности персонала, принимающего участие в борьбе с пожарами, снижения материальных затрат и сокращения сроков проведения работ, минимизации ущербов и потенциальной возможности расширения областей использования, например, при ликвидации лавинных угроз и борьбе со степными пожарами, на ледокольных работах.

Ожидаемый технический результат, который предполагается получить от реализации изобретения заключается в:

- придании способу мобильности и гибкости, позволяющих в сжатые сроки развернуть работы по локализации и тушению пожара с множественными очагами горения, в т.ч. в труднодоступных районах или местах со сложными рельефами местности;

- организации дистанционного, с элементами автоматизации, проведения широкомасштабных взрывных работ, включая круглосуточный режим, без размещения персонала в непосредственной близости к зоне пожара;

- повышении безопасности и надежности проведения взрывных работ за счет обеспечения предварительной подготовки зарядов в заводских или арсенальных условиях с соответствующим улучшением их качества и производительности, дистанционной подготовки и автоматического подрыва зарядов в местах использования;

- обеспечении простоты и надежности пожароподавляющих устройств за счет выбора компонентов, пригодности к серийному изготовлению и длительному хранению, высокой степени готовности к применению;

- уменьшении материального ущерба в виде потерь леса за счет сокращения времени между проявлением аварийной ситуации и началом ее нейтрализации, проведении работ по подавлению пожара непосредственно на его фронте или флангах.

Способ локализации и тушения лесного пожара заключается в воздействии на него воздушной ударной волной, создаваемой подрывом шнурового заряда ВВ, расположенного в пологе леса на заданной высоте эквидистантно фронту пожара в вертикальной и (или) горизонтальной плоскости, осуществляемым в момент подхода пожара, в котором доставку в составе укладок и поочередное размещение цепью зарядов ВВ осуществляют путем прицельного сброса с борта воздушного средства доставки на переднюю кромку пожара с заранее определенным темпом и обеспечением управляемого баллистического спуска, развертывания и стабилизации в заданном положении относительно подвергаемой воздействию поверхности, после чего производят дистанционный подрыв зарядов ВВ по мере достижения каждым из них заданного положения, и создают расходящуюся цилиндрическую волну высотой не менее высоты деревьев и диаметром не менее ширины создаваемой заградительной полосы, сплошность которой обеспечивают частичным взаимным перекрытием следов ударных волн.

Заявляемое устройство для локализации и тушения лесного пожара, доставляемое в полог леса воздушным средством, содержит шнуровой заряд ВВ в составе укладки, инициирующее устройство, снабжено парашютом, соединяемым с укладкой, лидирующим грузом для обеспечения прицельного сброса и средством самоликвидации, устройства инициирования и самоликвидации снабжены блокирующими элементами, снимающимися при полном раскрытии парашюта, заряд ВВ выполнен в виде секций, соединенных узлами передачи детонации.

Заряд может быть выполнен секционным с узлами передачи детонации на стыках, причем секции могут иметь различные по величине погонные массы ВВ. При подготовке пожароподавляющих устройств к использованию выполняют операции по установке в блок подрыва устройств инициирования и самоликвидации, подключению механической блокировки к парашюту, установке временных задержек в цепях подрыва и самоликвидации. Остальные операции по подготовке, доставке к месту и сам подрыв заряда осуществляют в полете автоматически после прицельного сброса на фронт или фланг пожара.

При практической реализации заявляемый способ обеспечивает: организацию в кратчайшие сроки локализации и тушения крупномасштабных лесных пожаров в отдаленных и труднодоступных районах с множественными очагами горения, оптимальное с позиций экологических требований и адекватное крайне неустойчивым процессам развития и перемещения зоны горения пожароподавляющее воздействие в виде цепи разрывов фронта горения, снижение ущерба. Развертывание зарядов в рабочее положение и их заключительная подготовка к подрыву по достижении заданного положения относительно полога леса, осуществляемые дистанционно вне воздушного средства доставки на траектории баллистического спуска, повышают эффективность и надежность проведения взрывных работ, их безопасность, позволяют проводить взрывные работы в темное время суток. Наиболее полно преимущества заявленного способа реализуются при использовании в качестве средства доставки тяжелого транспортного самолета, оборудованного механизированными средствами десантирования грузов, в том числе и с малых высот. При этом на его борт может быть взят достаточно большой запас пожароподавляющих устройств и их модификаций для обеспечения оперативного маневра видами и средствами воздействия на пожар в месте проведения работ или осуществления при необходимости повторных воздействий на его фронт или различные по видам очаги горения. Указанные работы могут быть выполнены на достаточно больших удалениях от места базирования и одновременно на нескольких очагах в районах горения.

Заявленное пожароподавляющее устройство за счет использования гибких свойств заряда и других входящих в него компонентов в исходном (собранном) состоянии представляет собой укладку с высокими удельными компоновочными характеристиками и большой степенью готовности к применению. Они могут быть собраны впрок в заводских или арсенальных условиях. Такая сборка по условиям проведения существенно отличается от любой аналогичной, выполняемой в полевых условиях, гарантирует качество и соблюдение требуемых мер безопасности. Перед применением на укладке необходимо произвести установку в блок подрыва заряда инициирующего устройства и самоликвидатора, подсоединить их элементы блокировки к вытяжной системе парашюта и ввести заданные временные уставки в пирозамедлители. Надежность работы и безопасность устройства гарантируют выбор компонентов, имеющих отработанные аналоги, автоматический процесс подготовки и подрыва заряда, который не связан с параметрами состояния продуктов горения в приземном пограничном слое. Практическое отсутствие в укладке металлических узлов и деталей снижает риск появления повторных на поверхности или подземных очагов загорания, которые могут быть спровоцированы осколками при подрыве заряда, приближает изделие по составу примененных материалов к экологически чистому изделию.

На фиг.1-4 показаны схемы заявляемого пожароподавляющего устройства на примере двухсекционного шнурового заряда в разных степенях развертывания по продольной оси перед применением - полностью (фиг.1) и частично (фиг 2, 3), в исходном состоянии перед сбросом в укладке (фиг.4), где:

1 - эластичный шнуровой заряд (секция);

2 - узлы стыковки секций и передачи детонации;

3 - блок подрыва;

4, 5 - устройства инициирования и самоликвидации;

6 - блокирующий элемент;

7 - лидирующий груз;

8 - стабилизирующий парашют;

9 - укладка;

10 - монтажная платформа.

На фиг.5 представлена схема начала и конца прицельного сброса (с показом исходного положения) серии устройств с борта самолета на фланги пожара, где:

11 - самолет;

12 - полог леса;

13, 14 - верхняя и нижняя граница полога леса;

15 - напочвенный покров;

Н_с, V_c - направление и скорость полета самолета;

W, V_в, V_п - направление и скорости перемещения ветра, переднего фронта и флангов пожара;

θ - угол наклона траектории.

На фиг.6, 7 приведены варианты развертывания и размещения устройства перед подрывом в пологе леса (устройство развернуто полностью, фиг.6а, частично, фиг.6б, и полностью у лавиноопасного склона, фиг.7), где:

16 - направление движения ударной волны;

17 - склон горы;

18 - снежная лавина.

На фиг.8 изображены основные этапы развертывания и возможные варианты подрыва устройства при сбросе с малой высоты, где:

19 - поверхность воздействия.

Подготовленное к наиболее типичному случаю подрыва пожароподавляющее устройство, обладающее после взрыва известным для прекращения пожара энергетическим воздействием и известными параметрами движения после сброса (фиг.1), состоит из эластичного шнурового заряда 1 (типа ЭШ-1П) с регулируемой путем выбора массой ВВ на погонный метр. Секции заряда соединены узлами стыковки 2, снабженными устройствами передачи детонации. К головной части заряда подстыкован блок подрыва 3, содержащий два устройства 4, 5 (инициирования и самоликвидации), каждое из которых включает: блокирующий элемент 6 (типа предохранительная чека от унифицированного запала ручной гранаты), инерционный ударный механизм, капсюль-воспламенитель накольного действия (типа “Жевелло”), регулируемый временной пиротехнический замедлитель и лучевой капсюль-детонатор (типа КД-8). Первое из указанных устройств и его замедлитель обеспечивают задаваемый режим подрыва заряда, а второе, спустя некоторое время, самоликвидацию при отказе первого. Сборка “заряд + блок подрыва” с одной стороны соединена с лидирующим грузом 7, выполненным в виде тюка с песком, а с другой - со стабилизирующим парашютом 8. Последний, при его полном раскрытии в полете, шнуром, длина которого меньше полной длины парашюта, извлекает блокирующие элементы из устройств инициирования и самоликвидации. Указанный комплекс является системой дистанционного развертывания заряда и динамической стабилизации, обеспечиваемой в пределах прочности заряда силами инерции лидирующего груза и торможения стабилизирующим парашютом в процессе его доставки от исходного состояния к заданному положению в месте подрыва. При недостатке прочности используют параллельный гибкий силовой шнур (на фиг.1, 2 не показан). В исходном состоянии узлы устройства в виде компактной укладки 9 размещают на монтажной платформе 10 из авиационной фанеры. При этом заряд благодаря его эластичным свойствам укладывают слоями с перегибами (фиг.4). На начальной стадии подрыва развернутый заряд формирует расходящуюся в поперечном, относительно его продольной оси, направлении воздушную ударную волну цилиндрической формы, которая служит источником энергетического воздействия на фронт пожара. В отдельных случаях могут быть востребованы модификации устройства, когда необходимо обеспечить точечный подрыв (фиг.3) или комбинацию из приведенных (фиг.2). Этого достигают ограничением степени развертывания заряда. Для подготовки устройства к применению перед погрузкой в средство доставки достаточно установить в блок подрыва инициирующее устройство и самоликвидатор, соединить элементы блокировки с парашютной системой и ввести требуемые временные уставки в устройства инициирования и самоликвидации.

Заявляемый способ (фиг.5-8) реализуют следующим образом. По данным разведки установлено, что фронт повального лесного пожара имеет: протяженность кромки 2500 м, высота нижней и верхней границ деревьев составляет соответственно 5 и 30 м, скорость перемещения фронта горения V_п=5 м/мин. Для решения задачи его локализации и распространения путем создания заградительной полосы шириной ~15 м из имеющихся на складировании пожароподавляющих устройств по характеристикам выбирают ближайшее, удовлетворяющее указанному требованию. Им является (фиг.1), содержащее шнуровой заряд типа ЭШ-1П (длина 25 м, погонная масса 1 кг/м), обеспечивающий при его подрыве на уровне 5 м от земли требуемое подавляющее воздействие в зоне диаметром до 25 м от его оси (фиг.6а). При их частичном совмещении обеспечиваются сплошность и требуемая ширина заградительной полосы. Для этого требуется подготовка 120 штук устройств (с учетом запаса в 20%). При этом учтено, что устройство, снабженное лидирующим грузом массой 10 кг и парашютом с площадью купола 0,5 кв.м, спускается после сброса и проскальзывает после соударения с кронами в полог леса на требуемую высоту подрыва за ~11 с. Эти данные определяют параметры сброса с самолета ИЛ-76 (фиг.5): высота Н_с=300 м, скорость V_c=260 км/час и темп сброса 0,3 с. При подготовке устройств к погрузке в их системах инициирования и самоликвидации устанавливаются уставки 3 с (время проскальзывания) и 4, 5 с соответственно. При выбранных параметрах сброса устройство подходит к верхней границе леса со скоростями ~5 м/с (горизонтальная составляющая) и ~40 м/с (вертикальная) с углом наклона траектории θ≈85° и относе по курсу самолета (относительно точки сброса) ~265 м. Перед сбросом серии осуществляют контрольный сброс одиночных устройств для выявления поправок на снос потоками над пожаром. Имеющийся на борту запас устройств используют при необходимости для дополнительных воздействий на фронте пожара при повторных заходах самолета.

При применении пожароподавляющих устройств с самолета, летящего на малой высоте (фиг.8), обеспечивают воздействие падающей воздушной ударной волны: на верхнюю часть полога (при локализации верхового лесного пожара), горящий низкорослый лес или кустарник, степной пожар или на ледовую поверхность при освобождении судов из ледяного плена и проводке через ледяные поля. При борьбе со снежными лавинами в горных условиях (фиг.7), требующей сброса небольшого количества зарядов, наиболее эффективен вертолет, позволяющий реализовать большую точность метания по сравнению с самолетом. В данном случае исключается необходимость доставки в горы на рубежи прямой наводки обычно используемых для спуска лавин зенитных артиллерийских установок.

Источники информации

1. А.М. Гришин, В.М. Бабаев, А.Д. Грузин, В.Г. Зверев, В.Е. Абалтусова, Г.Я. Мамонтов. Способ тушения лесного пожара. Авторское свидетельство СССР № 1136811, А 62 С 1/22, 1985, опубликовано в БИ № 4, 30.01.85.

2. А.М. Гришин, Н.А. Алексеев, Н.А. Андреев. Способ тушения лесных пожаров. Авторское свидетельство СССР № 1400619, А 62 С 1/22, 1988, опубликовано в БИ № 21, 07.06.88.

3. Единые правила безопасности при взрывных работах. М., НПО ОБТ, 1992.

4. Б.Э. Кэрт, В.И. Козлов, Л.Б. Кэрт. Подрывной элемент для локализации лесного пожара. Патент РФ № 2127138, А 62 С 1/22, 1999, опубликовано в БИ № 7, 10.03.99.

Способ и устройство предназначены для борьбы на базе взрывных технологий с крупномасштабными лесными пожарами путем реализации предельных условий распространения. Пожароподавляющее воздействие осуществляют обеспечением относительно слабых энергетических воздействий на фронт и фланги пожара, реализуемых при подрыве цепи эластичных шланговых зарядов ВВ, доставляемых к месту подрыва воздушным путем прицельным сбросом с самолета. Развертывание заряда из сложенного компактно при сбросе и доставку в заданное положение относительно полога горящего леса при подрыве, управление системами подрыва и самоликвидации на спуске осуществляет в автоматическом режиме система динамической стабилизации, состоящая из лидирующего груза и парашюта. Благодаря обеспечению возможностей оптимизации параметров воздействия, адекватного реагирования на неустойчивые процессы горения и дистанционного способа проведения массированных взрывных работ достигают повышения эффективности борьбы с лесными пожарами. Технический результат, который предполагается получить от реализации изобретения, заключается в повышении экологической безопасности и безопасности персонала, участвующего в борьбе с пожарами, снижении затрат и сроков проведения работ, минимизации ущербов от пожаров. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ локализации и тушения лесного пожара, заключающийся в воздействии на него воздушной ударной волной, создаваемой подрывом шнурового заряда взрывчатого вещества, расположенного в пологе леса на заданной высоте эквидистантно фронту пожара в вертикальной и(или) горизонтальной плоскости, осуществляемым в момент подхода пожара, отличающийся тем, что доставку в составе укладок и поочередное размещение цепью зарядов взрывчатого вещества осуществляют путем прицельного сброса с борта воздушного средства доставки на переднюю кромку пожара с заранее определенным темпом и обеспечением управляемого баллистического спуска, развертывания и стабилизации в заданном положении относительно подвергаемой воздействию поверхности, после чего производят дистанционный подрыв зарядов взрывчатого вещества по мере достижения каждым из них заданного положения.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что создают расходящуюся цилиндрическую волну высотой не менее высоты деревьев и диаметром не менее ширины создаваемой заградительной полосы, сплошность которой обеспечивают частичным взаимным перекрытием следов ударных волн.3. Устройство для локализации и тушения лесного пожара, доставляемое в полог леса воздушным средством, содержащее шнуровой заряд взрывчатого вещества в составе укладки, инициирующее устройство, отличающееся тем, что оно снабжено парашютом, соединяемым с укладкой, лидирующим грузом для обеспечения прицельного сброса, и средством самоликвидации, устройства инициирования и самоликвидации снабжены блокирующими элементами, снимающимися при полном раскрытии парашюта.4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что заряд взрывчатого вещества выполнен в виде секций, соединенных узлами передачи детонации.