СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПОЖАРА ДЛЯ МЕЛКОКОНТУРНЫХ ТОРФЯНИКОВ Российский патент 2015 года по МПК A62C3/02 

Изобретение относится к способам предупреждения пожаров в местах залегания торфа или иных склонных к возгоранию спрессованных рыхлых легковозгораемых материалов и, в частности, к обводнению торфяников, а также может быть использовано к обводнению выработанных торфяников.

К болотам относятся земли торфа более 30 см, при меньшей мощности торфа используется термин «заболоченные земли». Покрытие торфом болотные земли занимают 21% территории страны, в некоторых районах до 40-50%.

Торфы различают по виду основных растений-торфообразователей, выделяют травяной (осоковый, хвощевой, тростниковый и др.), моховый (гисовый, сфагновый), древесный (ольховый, сосновый, березовый и др.) - всего около 40 видов. В зависимости от возраста болота и интенсивности образования торфа мощность торфяных залежей наиболее часто 1-3 м, но бывает в отдельных понижениях до 8 метров.

Интенсивность образования торфа в центральной полосе составляет 1 мм в год, в северных районах - вдвое меньше. Таким образом, необходимо сбережение торфа, охрана его от пожаров и эрозии.

Плотность торфа в естественной залежи 0,8-1,1 г/см³ близка к плотности воды (1 г/см³), торф при затоплении может всплывать. Основу торфа составляет углерод - 50-60% органической массы.

Интенсивность к запасам углерода в торфах РФ возросла, отсюда и большая площадь выработанных торфяников. Низинный торф богат азотом, нередко фосфором.

Слои торфяной залежи, залегающие ниже выработки торфяников, остаются нетронутыми, они полностью насыщены водой, так, что переосушение торфов происходит не полностью.

Следует отметить также, что в состав к обводнению выработанных торфяников необходимо находит полезный запас воды в верхние слои, и рассчитывать в зависимости от обслуживаемой при пожарах площади с торфяными почвами. Эта система мер должна учитывать меры по предупреждению возгоранию торфа.

Как отмечено в одном из источников (Н.П. Карпенко, Д.А. Манукьян. Системы управления водным режимом на торфяниках для предупреждения их возгорания. Журнал. Мелиорация и водное хозяйство. №4, с. 13-17, 2012), общая площадь торфяников на территории Московской области составляет 254,5 тыс. га, из которых 75 тыс. га являются пожароопасными. В периоды активного снеготаяния и обильных дождей происходит подъем уровня горизонтов воды и образование водной поверхности. Для управления водным режимом торфяников с целью предупреждения их горения должны создаваться системы двойного регулирования (осушительно-увлажнительного). Однако для этого должны создаваться новые системы, которые могли бы создавать регулируемый водный режим потока, исключающий в конечном счете возгорание торфяников, при этом в таких случаях рассматривается состав почвы торфяников, базирующихся на известных формулах. Таким образом, недостаток воды может быть устранен созданием водоемов-накопителей и системой технического решения оказания смачивания (пропитывания) верхнего слоя торфа, исходя из сезонных ограничений на проведение подобных работ.

На болотах две природные стихии: вода (более 90 % торфа состоит из воды) и огонь вступают в единоборство - вода препятствует распространению огня в торфе. Но торф специфичен двумя свойствами. Пересушенный верхний тонкий слой торфяника не смачивается водой, обладает свойством водоотталкивания. Торф даже в воде может годами тлеть. Две другие стихии природы - земля и воздух - не остаются в стороне. Земля выступает на стороне воды против огня, препятствуя его распространению. Землю используют для борьбы с огнем, опахивая или окапывая заболоченные земли, включая окрайки болот, создавая заслон передвижению огня.

В толще при возгорании вода из пор отжимается огнем и превращается в пар, а освободившийся при этом кислород воздуха поддерживает тление торфа.

Известно, что если рассматривать вопрос восстановление торфяников, то одной из главных задач является создание эффективной системы аккумуляции воды для восстановления водного баланса выработанного торфяника (см. Е.Д. Алексеев. Зеленый конвейер на осушенных торфяниках. М.: Россельхозиздат, 1984, с. 7). Отсюда можно сделать заключение, что на торфяных почвах надо находить приемлемые способы увлажнения - это недостаток воды, необходимый для восстановления болота.

Для тушения пожаров торфяников предусмотрены некоторые способы, которые могут использоваться и для предотвращения возгорания. К таким способам можно отнести способ тушения водой, подаваемой на места возможного возгорания через игловые стволы или иные трубопроводы, обеспечивающие увлажнение торфяников (Позик Я.С., Клюс П.П., Матвейкин A.M. Пожарная тактика. М.: Стройиздат, 1990, с. 312-314).

Недостатком данного способа является низкая эффективность в связи с тем, что вода поступает сверху торфа и под своим весом проходит в толщу торфа на глубину до уровня водоносного слоя. Кроме того, трудно организовать оконтурирование торфяников на мелкоконтурных болотах, т.е. с учетом их размеров и непроходимость в летние периоды, а также недостаток воды, необходимой для предотвращения возможного возгорания торфяного болота. Этот недостаток, как правило, выполняют подводом воды из естественных природных источников или искусственных водоемов с необходимостью учитывать в регионах с сезонными ограничениями на проведение работ.

Известен также способ предотвращения пожара в торфяниках, включающий прокладку каналов вокруг очага возможного возгорания, подачу и наполнение каналов водой, в зимний период прокладывают каналы по всему очагу возможного возгорания и намораживают в подготовленных каналах и естественных углублениях ледяные массивы посредством подачи воды в зимний период (Патент RU №225454, кл. А62С 3/02 от 20.06.2005).

Однако недостатками известного способа являются быстрое заиливание открытых каналов, заполняемых водой с замораживанием в зимний период; профиль каналов необходимо выполнять сложной конфигурации из-за возможности обвала (осыпей) откосов, что уменьшает их полезный объем для заполнения водой. Кроме того, сложность выполнения больших глубин по ширине каналов, откосы которых в весенне-летний период быстро зарастают древесной и другой растительностью, что недостаточно эффективно для предупреждения очага возможного возгорания, при этом дно и откосы каналов торфяных залежей имеют высокую степень дренирования воды в нижние слои, что снижает эффективность даже при таянии ледникового слоя.

Кроме того, к недостаткам известного способа можно отнести высокую трудоемкость работ и малый период времени продуктивного использования массивов льда, подготовленным известным способом, поскольку впитывание в основном пойдет на глубину насыщения нижнего слоя почвы, при этом каналы вновь становятся малопригодными для эффективного их использования в способе предотвращения пожара в летний период времени.

Как было отмечено выше, минимальная глубина торфа может составлять 30 см, отсюда возникает возможность возгорания скрытых пожаров в условиях природных ландшафтов на таких площадях - это является актуальной задачей. Актуальность этой задачи определяется значительным ущербом здоровью людей, подрывом природных ресурсов, экономическими потерями, связанными с тушением подобных возгорании при которых погибают люди. При этом очень важным обстоятельством представляется создание способов предупреждения очагов возгорания, отвечающим требованиям геоэкологии в замкнутых понижениях рельефа торфяников, т.е. в наиболее низких топографических отметках торфяников объемом, близким к объему всего мелкоконтурного торфяника.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - повышение эффективности увлажнения торфяника в верхних слоях при использовании водных потоков весеннего половодья из водоемов-накопителей, экономия воды и увеличение срока службы в системе предотвращения пожара.

Технический результат, достигаемый в заявленном изобретении, заключается в создании дополнительных источников объемов воды весеннего половодья при активном таянии снега, необходимого для противостояния возможного возгорания очага в верхних слоях торфа за счет его постоянного пропитывания, повышение эффективности использования пресной воды, экономия водных ресурсов и устранение сезонных ограничений на проведение работ по смачивания торфяника в верхних слоях, а также в повышении уровня пожаробезопасности для мелкоконтурных торфяников, и снижении общих затрат материальных ресурсов для ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, экологических и техногенных катастроф.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе предотвращения пожара для мелкоконтурных торфяников, включающем прокладку каналов вокруг очага возможного возгорания, подачу воды, каналы выполняют из низконапорных дополнительных перфорированных трубопроводов с колодцем-распределителем, соединенным с автоматическим регулятором уровня воды нижнего бьефа посредством низконапорного трубопровода с водоемом-накопителем посредством высоконапорного трубопровода с передвижной насосной станцией в виде типа СНП, и водоем-накопитель заполняют прохождением весеннего половодья при активном таянии снега при положительной температуре, при этом водоем-накопитель отрывают в наиболее низких топографических отметка за пределами торфяника объемом, не меньшим объема торфяника, кроме того, каналы, выполненные в виде низконапорных дополнительных перфорированных трубопроводов, каждый из которых индивидуально соединен с колодцем-распределителем, выполняют роль дренажа, питающегося из него, и каждый дополнительный перфорированный трубопровод помещают в полость основного трубопровода большего диаметра, выполненного в виде кожуха, выпускные отверстия которого размещают в верхней части, при этом выполняют основной трубопровод из полиэтиленового материала с глубиной заложения, не превышающей минимальную в процессе пропитывания верхнего слоя торфа.

Совокупность существенных признаков достаточна, а каждый из них необходим для достижения указанного выше технического результата.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан способ предотвращения пожара для мелкоконтурных торфяников.

На фиг. 2 - сечение основного и дополнительного трубопроводов.

На фиг. 3 - кинематическая схема автоматического регулятора уровня воды нижнего бьефа напорного трубопровода.

Заявляемый способ предотвращения пожара для мелкоконтурных торфяников представляет собой строительство траншей для укладки трубопроводов, которое ведут следующим образом: в зимний период производят отрывку траншеи на глубине залегания торфа не меньше минимального до 30 см, в которые отдельными звеньями укладывают основные трубы 1 из полиэтиленового материала, отверстия 2 которых размещены только в верхней части. Затем в отдельные звенья основных труб 1 во внутреннюю полость помещают дополнительные перфорированные трубы 3. Суммарная площадь перфорации 4 больше перфораций в виде отверстий 2 в трубе 1. При этом основная труба 1 является своего рода защитным кожухом, в который помещена дополнительная перфорированная труба 3 с перфорацией 4. Затем концы всех труб соединяют между собой и получают заданную длину трассы по укладке трубопроводов в траншею.

Начало трубопроводов 3 (фиг. 1) соединяют с колодцем-распределителем 5 в виде расходящихся лучей, а основной трубопровод 1 с обоих концов закрывают заглушками и соединяют с дополнительным трубопроводом 3. При этом каждый дополнительный перфорированный трубопровод 3 имеет свой выход из колодца-распределителя 5, которые закладывают на отметке дна колодца-распределителя 5 с целью установления напора воды в последнем над выходами в дополнительные перфорированные трубопроводы 3 и соответственно подачи воды в них, которые помещены в полость основных труб 1 с отверстиями 2 в верхней своей части, заглушенные с обоих концов, при этом основные трубопроводы изготовлены из полиэтиленового материала (это долговечность труб) и состыкованы в один общий по длине трубопровод, который является защищенным в виде кожуха для дополнительного низконапорного перфорированного трубопровода 3 по длине. После сборки трубопроводов 1 и 3 засыпают сверху вынутым слоем торфа из траншеи, и систему трассы из перфорированных трубопроводов можно назвать термином «дренажная система», заполняемая напорной водой для пропитывания верхнего слоя торфа, т.е. вода выходит из перфорации 4 дополнительного трубопровода 3, далее поступает в полость основного трубопровода 1, затем из отверстий 2 в поры торфа вверх, пропитывая (смачивает) постоянно его толщу. Установка дополнительных перфорированных трубопроводов 3 может быть выполнена из различных материалов.

Колодец-распределитель 5, соответственно соединенный с дополнительными перфорированными трубопроводами 3, соединен также в верхней части посредством низконапорного трубопровода 6 с автоматическим регулятором уровня воды нижнего бьефа 7. Автоматический регулятор уровня воды нижнего бьефа 7 позволяет повысить точность и надежность работы колодца-распределителя 5 за счет поддержания в нем постоянного напора (уровня) воды для подачи воды в дополнительные перфорированные трубопроводы 3, т.е. с учетом его строительной высоты, так как каждый из них работает индивидуально (самостоятельно) и зависит от напора воды в колодце-распределителе 5, при этом индивидуальный выход каждого трубопровода 3 из колодца-распределителя 5 обеспечивает возможность их работы надежно и не зависит от параметров трубопроводов. Кроме того, дополнительные перфорированные трубопроводы 3 в условиях пересеченного рельефа местности могут располагаться друг относительно друга в разных плоскостях с разными углами и поворотами (не меньше 90°). Это дает возможность подавать воду в торфяники по контуру, которые невозможно применить с помощью открытых каналов, заполняемых водой и др. материалом (например, льдом). Следовательно, расход в колодце-распределителе 5 стабилизируется за счет автоматического регулятора уровня воды нижнего бьефа в случаях любых отключений одного из дополнительных перфорированных трубопроводов 3 или по каким-то другим причинам (ремонтные работы и т.д.).

Следует отметить, что данная связь, связанная с переходными процессами в режиме срабатывания воды в колодце-распределителе 5, зависит от работы вышеотмеченного автоматического регулятора уровня воды нижнего бьефа 7 (фиг. 3).

Автоматический регулятор уровня воды нижнего бьефа 7 содержит подводящий напорный трубопровод 8, мембранный исполнительный механизм, состоящий из камеры 9 давления, клапана 10 со штоком 11, жестко связанным с мембраной 12 и пропущенным через направляющие 13 в крышке 14, причем клапан 10 перекрывает выпускное отверстие 15 корпуса 16, сообщающее сливной патрубок 17 с колодцем-гасителем 18. Колодец-гаситель 18 снабжен проточной емкостью 19 статического напора с отверстиями 20 и 21 и связан с низконапорным трубопроводом 6. Проточная емкость 19 статического напора снабжена поплавковым датчиком 22 со штоком 23, жестко соединенным с шарнирно-рычажным органом 24. Шарнирно-рычажный орган 24 соединен шарнирной тягой 25 с золотником 26 с поперечным сквозным отверстием 27. Кроме того, золотник 26 помещен в полость распределителя 28, шарнирно подвешенного к устоям 29. Распределитель 28 имеет сквозные симметричные отверстия 30 и 31, перекрываемые золотником 26, одно из которых 30 соединено с атмосферой, а другое - гидравлически связано через трубку 32 с вентилем 33 с надмембранной полостью камеры давления 9 и с напорным трубопроводом 8 трубкой 34 с вентилем 35.

В водоем-накопитель 36 погружен всасывающий трубопровод (не показан) передвижной насосной станции 37 в виде типа СНП, соединенной с напорным трубопроводом 8.

Работа СНП непосредственно связана с работой автоматического регулятора уровня воды нижнего бьефа 7, к которому подключена система колодца-распределителя 5 с дополнительными перфорированными трубопроводами 3. СНП может быть снабжено сигнализатором уровня для автоматического регулятора уровня воды нижнего бьефа 7 по линии связи.

Способ предотвращения пожара для мелкоконтурных торфяников работает следующим образом.

Известным методом по характеру образования торфяника определяют границы его контура для постоянного или периодического пропитывания верхнего слоя торфа. Затем в пределах границ в зимнее время определяют прокладку траншей и проводят укладку дополнительных перфорированных трубопроводов 3 и основных трубопроводов 1, затем монтируют. Далее трубопроводы 1 засыпают вынутым из траншеи торфом.

В режиме подачи воды из водоема-накопителя 36 через автоматический регулятор уровня воды нижнего бьефа 7, последний настраивают на поддержание заданных уровней в колодце-распределителе 5, отметки которого принимаются исходя из фактического положения отметок поверхности торфяника, а также требуемого гашения воды в низконапорных дополнительных в трубопроводах 3, далее вода через перфорацию 4 поступает в полость основного трубопровода 1, которая закрыта с двух концов, например, заглушками, и вода, заполняя полость трубопровода 1, выходит через отверстия 2 с погашенной кинетической энергией и при определенном напоре (колодца-распределителя 5) поступает в толщу верхнего слоя торфа. Отсутствует недостача воды в трубопроводах 1 и 3, что позволяет каждому дополнительному перфорированному трубопроводу 3 получить равномерное распределение воды из колодца-распределителя 5. При необходимости изменения напора в дополнительном перфорированном трубопроводе 3 изменяются отметки уровня воды в автоматическом регуляторе уровня воды нижнего бьефа 7, причем величина этой разницы постоянная для каждого входа дополнительного перфорированного трубопровода 3. При необходимости отключения одного из дополнительных трубопроводов 3 его перекрывают, например, запорным устройством, установленным в колодце 5 (не показано).

Работа автоматического регулятора уровня воды нижнего бьефа не описывается, но достаточно ясно следует из его конструктивного описания по тексту.

Выполнение основного трубопровода 1 с отверстиями 2 в его верхней части позволяет дополнительный перфорированный трубопровод 3 размещать в его полости в виде защитного кожуха и позволяет истекающей воде из трубопровода 3 попадать в нижние слои торфа, насыщенного водоносным горизонтом, так вода через отверстия 2 начинает промачивать верхний слой торфа выше заложения отметок трубопровода 1, выполненного из полиэтиленового материала, долговечность которого достаточно очевидна. Технология операции таких сварных труб уже известна и проста без особых усилий сварки и установки для помещения в них дополнительных перфорированных трубопроводов 3. Отсутствие заохривания перфорации 4 и отверстий 2, как следствие, приводит к долговечности трубопроводов 1 и 3.

С началом весеннего периода года по мере повышения температуры окружающего воздуха начинается процесс активного таяния окружающего снежного покрова, идет прохождение весеннего паводка в зависимости от рельефных условий до расположения торфяника, при этом происходит значительное накопление воды в водоеме-накопителе с его заданными геометрическими размерами. Вследствие этого запас воды станет достаточным для обводнения торфяника, при этом происходит постоянное наполнение водоема-накопителя на протяжении всего длительного периода его использования и более эффективно в автоматическом режиме.

Сбор воды в водоем-накопитель может осуществляться также в течение всего года при помощи подводящих каналов, лотков, оврагов и т.д., выполненных на более высоком уровне перед водоемом-накопителем.

Изобретение обеспечивает значительную экономию воды, которая предназначена для предотвращения пожара для мелкоконтурных торфяников и которая предназначена для аккумулирования при пропитывании верхнего слоя торфа. Кроме того, эффективность изобретения заключается в том, что оно исключает автоматически потерю воды на сброс в водоносный горизонт. Вследствие взаимной гидравлической связи водоема-накопителя, СНП, автоматического регулятора уровня воды нижнего бьефа и колодца-распределителя с индивидуальными входами дополнительных перфорированных трубопроводов, размещенных в кожухе, по контуру торфяника повышается эффективность пропитывания (увлажнения) верхних слоев торфяника, надежность в переходных режимах срабатывания автоматического регулятора уровня воды нижнего бьефа. Это также в вою очередь расширяет его возможности для гашения избыточной энергии потока для различного расхода, подаваемого под напором СНП из высоконапорного трубопровода, а сам процесс регулирования подачи воды в режим предотвращения возможного возникновения пожара позволяет создать систему контроля процессами пропусков воды из водоема-накопителя пресной воды и других источников накопления ее, исключает субъективный фактор при определении объема верхнего слоя торфяников в засушливые периоды года, используя низконапорные трубопроводы по контуру торфяника. Такая возможность не обеспечивается ни одним известным техническим решением.

Изобретение относится к способам предупреждения пожаров в местах залегания торфа. Способ тушения пожара для мелкоконтурных торфяников заключается в подготовке траншеи (канавы), в которую проводят укладку трубопроводов 1 с отверстиями 2. В полости трубопроводов 1 размещают дополнительные трубопроводы 3 с перфорацией 4. В водоеме-накопителе через автоматический регулятор уровня воды нижнего бьефа 7 задается уровень воды, далее вода поступает в колодец-распределитель 5. Колодец 5 соединен посредством низконапорного трубопровода с автоматическим регулятором уровня воды нижнего бьефа 7. Вода из колодца-распределителя 5 подается в каждый перфорированный трубопровод, вход которых соединен с колодцем-распределителем 5 на уровне его дна. В напорный трубопровод 8 вода подается из водоема-накопителя 36 с помощью передвижной насосной станции. Напорный трубопровод 8 гидравлически связан с автоматическим регулятором уровня воды 7. Сток ливневых осадков или снеготаяния полностью задерживается в водоеме-накопителе и поступает в перфорированные трубопроводы 3, затем в полость основного трубопровода 1 с отверстиями, откуда выходит вода в верхние слои торфа. Повышается уровень пожаробезопасности на торфяниках, снижается опасность возникновения чрезвычайных ситуаций, и улучшается общая экологическая ситуация вокруг торфяников. 3 ил.

Способ предотвращения пожара для мелкоконтурных торфяников, включающий прокладку каналов вокруг очага возможного возгорания, подачу воды, отличающийся тем, что каналы выполняют в виде низконапорных дополнительных перфорированных трубопроводов с колодцем - распределителем, соединенного с автоматическим регулятором уровня воды нижнего бьефа посредством низконапорного трубопровода с водоемом - накопителем, посредством высоконапорного трубопровода, совмещенным с передвижной насосной станцией в виде типа СНП, и водоем-накопитель заполняют прохождением весеннего половодья при активном таянии снега при положительной температуры, при этом водоем - накопитель отрывают в наиболее низких топографических отметках за пределами торфяника объемом, не меньшим объему торфяника, кроме того, каналы, выполненные в виде низконапорных дополнительных перфорированных трубопроводов, каждый из которых индивидуально соединен с колодцем - распределителем, выполняет роль дренажа питающего из колодца - распределителя и каждый дополнительный перфорированный трубопровод помещают в полость основного трубопровода большего диаметра, выполненного в виде кожуха, выпускные отверстия которого размещают в верхней части, при этом выполняют основной трубопровод из полиэтиленового материала с глубиной заложения не превышающей минимальную в процессе пропитывания верхнего слоя торфа.