СПОСОБ ТУШЕНИЯ ТЛЕЮЩИХ ПОЖАРОВ В ТОРФЯНЫХ ЗАЛЕЖАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2016 года по МПК A62C3/02 

Изобретение относится к средствам локализации очагов и тушения тлеющих пожаров в торфяных залежах под земной поверхностью.

Торфяные пожары являются видом пожаров, при котором горит в режиме тления слой торфа. В зоне торфяных залежей, находящихся в лесах, совместно с торфом тлеют корни деревьев. Фронт тления распространяется в торфяных залежах со скоростью, которая лежит в диапазоне от 0,1 до нескольких метров в сутки. По своей природе процесс тления вначале имеет скрытый период, когда возникший очаг тления трудно, а иногда невозможно, обнаружить из-за незначительности проявления его внешних признаков. По прошествии некоторого, иногда достаточно большого промежутка времени, при увеличении размеров очага под земной поверхностью и выходе его на открытую поверхность торфяной залежи и изменении в этой связи газодинамической обстановки в окрестности очага, тление часто переходит в газофазный (пламенный) режим горения, т.е. в неожиданно возникший открытый пожар на земной поверхности.

Несмотря на пристальное внимание к данной проблеме, случаи пожаров торфяных залежей периодически повторяются в различных странах, в том числе в различных регионах России, особенно в сильно засушливые годы. В связи с изложенным разработка эффективных способов тушения тлеющих пожаров в торфяных залежах является актуальной задачей.

Свойства торфа и торфяных залежей, которые в определенной мере обуславливают условия возникновения в них пожара в тлеющем режиме и определение способов тушения тлеющих пожаров, следующие.

Торф (URL:http://eko-grunt.ru/torf 3; URL:http://www.ecomostorf.ru/torf. Дата обращения: 06.01.2014) образуется в результате неполного распада и перегнивания болотных растений при недостатке кислорода и повышенной влажности. Торф состоит примерно из 60% углерода, 33% кислорода, 5% водорода и 2% азота. Тление торфа обеспечивается в основном сгоранием углерода с участием кислорода, находящегося в составе молекул органических веществ торфа, и за счет кислорода, поступающего в зону тления с атмосферным воздухом.

Толщина торфяных залежей может достигать 6 и более метров. Глубина горения торфа ограничивается уровнем грунтовых вод или подстилающим минеральным грунтом.

Плотность торфа при его естественной влажности и естественном составе равна величине от 1,0 до 1,2 г/см³. Плотность скелета нормализованного торфа составляет величину от 0,07 до 0,2 г/см³. У низинного торфа величина этого показателя составляет от 0,15 от 0,50 г/см³. Вследствие небольшой плотности торфа пористость у него велика. Причиной большой пористости торфа является наличие в его массе весьма крупных пор, образованных за счет разложения растительных остатков.

Данное обстоятельство послужило предпосылкой для разработки заявляемого изобретения - способа тушения тлеющих пожаров торфяных залежей огнетушащими порошковыми составами и устройства для его реализации.

Известны способы тушения тлеющих пожаров торфяных залежей.

Процесс горения слоя торфа отличается устойчивостью к выпадению дождевых и снеговых осадков за счет гидрофобности битумированных частиц торфа. Торфяные образования в естественных условиях обладают чрезвычайно низкой способностью к набуханию (доли процента), что объясняется их практически полной водонасыщенностью. Установлен факт прохода влаги сквозь слои торфа мимо его битумированных и поэтому несмачиваемых частиц, что указывает на высокую газожидкостную проницаемость слоев торфа. Влага, попадающая на торфяные залежи, уходит в грунтовые воды мимо частиц торфа, не смачивая их, а торф продолжает гореть вплоть до полного выгорания месторождения (URL:htty://www.kgau.ru/distance/00_cdo_old/demo_res/pozar/01_02.html/ C.H. Орловский. Лесные и торфяные пожары). Торфяные залежи могут гореть и под снегом, пока не начнется весеннее половодье, то есть полное затопление слоев торфяных залежей.

По этой причине водные растворы огнетушащих веществ при тушении тлеющих пожаров в торфяных залежах методом орошения низкоэффективны - пролив влаги сквозь слои торфяных залежей не тушит тления в них.

Обводнение ранее осушенных торфяных залежей способно предотвратить дальнейшее увеличения площади горения торфяных залежей. Государственный гидрологический институт предлагает ликвидировать ранее выкопанные дренажные канавы и мелиоративную сеть. В Голландии и Финляндии влажность торфяных земель регулируется пропусканием нужного количество воды по мелиоративной сети, чтобы избегать высыхания земель.

Известны способы тушения тлеющих пожаров торфа за счет окапывания торфяных залежей. При возникшем пожаре используют отделение горящего торфа от краев воронки и его сбрасывание в выгоревшую зону. Края воронки поливают водой со смачивателями.

Известны способы тушения тлеющих пожаров торфа за счет перекапывания торфа. При помощи бульдозера перемешивают горячие и холодные слои торфа. Это прекращает горение за счет понижения температуры торфа от температуры его горения, равной 600-700°С, до более низких значений.

Известен способ тушения торфяных пожаров, заключающийся в рыхлении торфа культиваторами до влажного слоя с последующей утрамбовкой его бульдозерами, катками или другой техникой.

Эти способы являются дорогостоящими и опасными для людей из-за возможного их проваливания в нагретые полости торфяных залежей.

Тушение торфяных пожаров водой с самолета оказалось неэффективным. Падающая с большой высоты вода ударяется о почву, и в воздух взлетает горящая торфяная крошка. Это приводит к усилению пожара.

Известен способ тушения тлеющих пожаров (Патент РФ №2401146. Опубл. 10.10.2010. Бюл. №28) с помощью огнетушащих газовых составов, заключающийся в том, что предварительно, при разработке мер по обеспечению пожарной безопасности помещений объекта, в которых обращаются или хранятся материалы, склонные к тлению, определяют качественный и количественный составы газообразных продуктов термического разложения материалов, подверженных тлению, и в случае возникновения тлеющего пожара в помещении объекта вводят в помещение огнетушащий газовый состав в количестве из расчета создания в помещении концентрации кислорода, равной минимальному взрывоопасному содержанию кислорода (МВСК) для наиболее горючего газообразного продукта термического разложения.

Этот способ эффективен и результат его прогнозируем при тушении тлеющих пожаров в помещениях, но для тушения торфяных залежей применение таких способов не известно.

Известен способ тушения пожара на торфяных месторождениях (Патент РФ №2290238. Опубл. 27.12.2006). Способ заключается в создании негорючего барьера по контуру наиболее пожароопасных участков до возникновения очагов возгорания и во время пожаров. Барьер рекомендуется строить из смеси измельченных карбонатсодержащей и опал-кристобалитовой пород. В качестве карбонатсодержащей породы могут быть использованы магнезит, доломит, известняк, а в качестве опал-кристобалитовой породы - трепел, опока, диатомит. При подходе пожара к траншее минеральный материал нагревается и разлагается с выделением углекислого газа, который, смешиваясь с воздухом, снижает концентрацию в нем кислорода. Технический результат при реализации способа заключается в удешевлении способа предотвращения, локализации и тушения пожаров торфяных месторождений.

Известен способ локализации растительного пожара образованием заградительного барьера из цельного куска (плиты) несгораемого материала, одна кромка которого заглубляется в грунт под углом 70-90° по отношению к плоскости земной поверхности со стороны пожара на глубину его прогорания (А.С. №1233875. Опубл. 30.05.1986. Бюл. №20). Недостатком этого способа являются высокие затраты на изготовление крупных по размерам плит, затраты на закапывание их в устойчивом положении под углом к возможному направлению пожара. В условиях торфяников все это достаточно затруднено, поскольку глубина прогорания торфа может достигнуть нескольких метров.

Известен способ предотвращения, локализации и тушения пожара на торфяных месторождениях (Патент РФ №2290238. Опубл. 27.12.2006), заключающийся в создании барьера по контуру наиболее пожароопасных участков до возникновения очагов возгорания и во время пожаров. Барьер состоит из смеси измельченных карбонатсодержащей и опал-кристобалитовой пород, взятых в соотношении 2:1, с добавкой глинистых минералов 7% и кремнефтористого натрия 3% до 100% к основной смеси. При подходе пожара к траншее минеральный материал нагревается и разлагается с выделением углекислого газа, который, смешиваясь с воздухом, снижает содержание в нем кислорода. Технический результат заключается в повышении эффективности и в удешевлении способа предотвращения, локализации и тушения пожаров торфяных месторождений с сохранением их эксплуатационных качеств. Однако при многообразии причин возникновения загорания торфяных залежей на торфяных месторождениях (зажигание торфа молниями, самовозгорание его за счет протекания экзотермических микробиологических процессов, воспламенение от электрических тепловых источников при аварийном падении электропроводки на слой торфа, воспламенение торфяных залежей при несоблюдении населением и производственными предприятиями правил пожарной безопасности и т.д.) определить достаточно точно места расположения наиболее пожароопасных участков в торфяных залежах не представляется возможным. В связи с этим для достижения указанного технического результата возводить указанные заградительные сооружения придется практически на всей площади торфяной залежи, а это не удешевляет работы.

Кроме этого, положение о том, что при нагревании смеси карбонатсодержащей и опал-кристобалитовой пород «…происходит их разложение с выделением углекислого газа, который снижает концентрацию кислорода (Сох) в воздухе, поступающего в зону горения, таким образом, что смесь воздуха с горючими парами и газами, обедненная кислородом (не более 14-18 объемных %), гореть не может…» (Патент РФ №2290238. Опубл. 27.12.2006), также является некорректным по следующей причине. В работе «Модель распространения фронта тления внутри мелкодисперсного газопроницаемого материала и условий тушения очагов тления газовыми огнетушащими составами». / Мелихов А.С., Баратов А.Н., Вогман Л.П., Истомин И.В. // «Актуальные проблемы пожарной безопасности: Тезисы докладов XXI Международной научно-практической конференции». Ч. 1. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2009. - С. 80-83 указывается на то, что при нагревании торфа при его термическом разложении из него выделяются горючие газы, такие как: водород - Н₂, монооксид углерода - СО, метан - СН₄, ацетон - С₃Н₆O и другие горючие продукты. В работе «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения». / Справочник в 2-х книгах под ред. А.Н. Баратова и др. - М.: «Химия». 1990. - 970 с. показано, что минимальное взрывоопасное содержание кислорода (МВСК) указанных веществ составляет соответственно 5%, 5,9%, 11,3%, 11,9%. Таким образом, нагревание смеси карбонатсодержащей и опал-кристобалитовой пород не может снизить концентрацию кислорода в воздухе ниже значений МВСК указанных веществ, которые выделяются при нагревании торфа и, сгорая в газовой фазе, поддерживают горение торфа в зоне раздела его твердой фазы и газовой фазы над ней. Значение Сох может снизиться до 14-18%, как указано в патенте №2290238 от 27.12.2006.

Наиболее близким аналогом, взятым в качестве прототипа при разработке данного предлагаемого изобретения, является способ тушения пожаров торфяников с применением торфяных тушащих стволов (URL:http:brand-major.livejournal.com/1766.html).

Торфяные тушащие стволы ТС-1, ТС-2, СПТ-70 из металлических трубок имеют внутренний диаметр до 16 мм и длину до 2 м. В нижней части тушащего ствола имеются несколько десятков отверстий диаметром от 3 до 8 мм. Тушащий ствол силой сотрудника подается вглубь торфяного пласта на максимально возможную глубину. Вода со смачивателем поступает от мотопомпы в тушащий ствол под давлением 0,2-0,6 МПа, а затем через отверстия в нижней части тушащего ствола подается в торфяной пласт перед продвигающимся фронтом его тления. Расход жидкости при работе с тушащими стволами составляет 0,5-5 л/с. Жидкость подается в торфяной пласт в течение 30-60 с, после чего подача жидкости прекращается и тушащий ствол переносится на другое место. Эффективное расстояние между проколами тушащими стволами составляет 0,3-0,5 м. При этом ширина полосы обработки торфяного пласта жидкостью составляет не менее 0,7 м.

Данный способ тушения тлеющих пожаров торфяных залежей имеет недостатки.

Во-первых, торфяные образования в естественных условиях обладают чрезвычайно низкой способностью к набуханию, что объясняется высокой их водонасыщенностью (см. выше).

Во-вторых, из-за малой величины водопроницаемости торфа тушащие стволы необходимо вводить через малые промежутки, равные 0,3-0,5 м, что существенно увеличивает время работ и исключает успешное завершение их при локализации и тушении тлеющих пожаров значительной площади в торфяных залежах.

В-третьих, влага из-за присутствия в частицах торфа и на поверхности частиц торфа битума не смачивает их, не удерживается на них, а уходит мимо частиц торфа в грунтовые воды, торф остается недостаточно увлажненным и продолжает тлеть.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа тушения тлеющих пожаров торфяных залежей с помощью огнетушащих порошковых составов и устройства для его реализации.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что в способе тушения тлеющих пожаров в торфяных залежах, включающем в себя применение тушащих стволов, вводимых внутрь торфяной залежи на определенном расстоянии один от другого, для подачи под давлением в течение определенного времени огнетушащего вещества через отверстия в тушащем стволе в тлеющий слой торфяной залежи перед продвигающимся фронтом тления в торфяной залежи, для тушения очага тлеющего пожара в торфяной залежи создают огнепреграждающий пояс, замкнутый вокруг очага тления в торфяной залежи, посредством введения в массив торфяной залежи огнетушащего вещества с помощью тушащих стволов, в качестве огнетушащего вещества в которых используются огнетушащие порошковые составы, включающие минеральные соли щелочных металлов и железа или смеси этих солей, а также порошковые составы, включающие карбонаты, которыми предварительно заполняют тушащие стволы, при этом для введения тушащих стволов в тлеющий слой торфяной залежи в произвольно выбранном месте, за пределами периметра тлеющей торфяной залежи, на линии, отстоящей на заранее определенном расстоянии от границы зоны дымовыделения тлеющей торфяной залежи, пробуривают вертикальную скважину диаметром, минимально возможно превышающим диаметр тушащего ствола, с обеспечением возможности быстрого и беспрепятственного введения его в скважину, глубина которой определяется расстоянием от верхней поверхности грунта до уровня грунтовых вод или до подстилающего под торфяным пластом минерального грунта с полной выемкой грунта из скважины, после чего в пробуренную в торфяном пласте скважину вводят тушащий ствол, заполненный огнетушащим порошковым составом, выход из скважины между стенкой тушащего ствола и стенкой скважины в торфяном пласте уплотняют подвижной заглушкой приложением к ней усилия сверху, а затем под давлением в тушащий ствол в течение заранее определенного времени выпуска из ствола огнетушащего порошкового состава и подачи его под давлением через форсунки в слой торфяной залежи подают газ, не поддерживающий тлеющее горение торфа, в виде диоксида углерода, азота или другого инертного газа, после чего извлекают использованный ствол из скважины и на определенных заранее расстояниях от предыдущей скважины и от границы зоны дымовыделения перед продвигающимся фронтом тления в торфяной залежи, вне зоны дымовыделения, пробуривают скважину, аналогичную предыдущей, и внедряют в нее очередной тушащий ствол, заполненный огнетушащим порошковым составом, и с ним производят ранее представленные операции по подаче под давлением в торфяную залежь огнетушащего порошкового состава, скважины под тушащие стволы, размещаемые вокруг зоны тлеющей торфяной залежи при создании огнепреграждающего пояса, располагают в один ряд.

Сущность заявляемого устройства заключается в том, что в устройстве для тушения тлеющих пожаров в торфяных залежах, содержащем тушащий ствол с элементами, обеспечивающими подачу огнетушащего вещества в массив торфяной залежи, в верхней части тушащего ствола для загрузки во внутреннюю полость тушащего ствола огнетушащего порошкового состава имеется люк, закрываемый крышкой, через которую в тушащий ствол введен трубопровод для подачи и создания в тушащем стволе давления газа, не поддерживающего тлеющее горение торфа, трубопровод в нижней части имеет вихреобразующий насадок для создания во внутренней полости тушащего ствола, при подаче в него по трубопроводу газа под давлением, псевдоожиженной смеси огнетушащего порошкового состава и газа, не поддерживающего тлеющее горение торфа, и подачи псевдоожиженной смеси в тлеющий слой торфяной залежи по всей высоте тушащего ствола через лепестковые форсунки, расположенные равномерно по всей высоте тушащего ствола, для создания огнепреграждающего пояса вокруг зоны тления торфяной залежи, на тушащий ствол надета уплотняющая подвижная заглушка для предотвращения выхода псевдоожиженной огнетушащей смеси из скважины, в которую помещен тушащий ствол, наружу по зазору между стенкой тушащего ствола и стенкой скважины в торфяном пласте при приложении к ней усилия сверху.

Технический результат заявляемого способа заключается в следующем. Данное изобретение основано на использовании наличия пор в торфе, его газопроницаемости и на результатах исследований его горючести и ингибирующего действия на его горючесть порошковых составов.

Влага (вода и водные растворы огнетушащих веществ) из-за присутствия в составе частиц торфа и на поверхности частиц торфа битума в виде его компонента не смачивает их, не удерживается на них, а уходит мимо частиц торфа вниз в грунтовые воды. Торф, оставаясь недостаточно смоченным, продолжает тлеть. В этой связи водные растворы огнетушащих веществ при тушении тлеющих пожаров торфяных залежей методом орошения низкоэффективны - ограниченно пригодны для тушения тлеющих пожаров торфяных залежей.

Порошки, включающие минеральные соли щелочных металлов и железа или смесей этих солей, карбонаты, при определенной массовой их доле, введенной в торфяную массу, предотвращают тление торфа. По современным представлениям механизм тушения огнетушащими порошковыми составами основан, в основном, на разбавлении горючей среды газообразными продуктами разложения порошка и на прерывании продуктами разложения порошка цепной реакции горения (тления). Молекулы самого порошка могут соединяться с частицами молекул горючего вещества и кислорода, находящихся в составе молекул органических веществ торфа, в результате чего горючее вещество не может окисляться, то есть гореть, в том числе в тлеющем режиме. Известно, что применение порошков эффективно при тушении древесины. Торф и древесина близки по химическому составу, поэтому есть основание считать, что порошки не менее эффективны при тушении торфа.

О механизме тушения порошковыми составами и свойствах порошковых составов, использование которых предполагается для тушения тлеющих пожаров в торфяных залежах, необходимо отметить следующее.

Торф обладает большой пористостью и газопроницаемостью. Это явилось предпосылкой и основой для разработки способа тушения тлеющих пожаров торфяных залежей огнетушащими порошковыми составами и устройства для реализации способа тушения тлеющих пожаров.

Наиболее предпочтительными огнетушащими порошковыми составами для тушения тлеющих пожаров в торфяных залежах являются следующие порошки и смеси из отдельных порошков, доля которых в смеси указана в массовых процентах: К₃РО₄ (100%); К₄Р₂О₇ (60%) в смеси с KI (40%); К₂СO₃ (40%) в смеси с FePO₄·2H₂O (60%); PI₄ (40%) в смеси с К₄Р₂О₇·3Н₂O (60%); PI₄ (100%) («Пожарная опасность строительных материалов». / Под ред. А.Н. Баратова. - М.: «Стройиздат», 1988. - 380 с; «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения». / Справочник в 2-х книгах под ред. А.Н. Баратова и др. - М.: «Химия», 1990. - 970 с).

Основной задачей при локализации и тушении расширяющихся очагов тлеющих пожаров в торфяных залежах является создание под земной поверхностью вокруг очага тлеющего пожара огнепреграждающего пояса с помощью тушащих стволов, предварительно заполненных одним из приведенных выше огнетушащих порошковых составов. Огнепреграждающий пояс вокруг очага тлеющего пожара в торфяной залежи создается насыщением протяженного массива торфяной залежи огнетушащим порошковым составом с помощью тушащих стволов.

Технический результат заявляемого устройства заключается в следующем. Тушащие стволы обеспечивают создание огнепреграждающего пояса вокруг зоны тления торфяной залежи по всей ее высоте путем введения в торфяную залежь огнетушащего порошкового состава за счет подачи под давлением псевдоожиженной смеси огнетушащего порошкового состава с газом, не поддерживающим тлеющее горение торфа. Огнепреграждающий пояс создают замкнутым вокруг очага тлеющего пожара в торфяной залежи высотой от верхней поверхности грунта до уровня грунтовых вод или до подстилающего под торфяным пластом минерального грунта и шириной без пропусков участков, не обработанных огнетушащим порошковым составом, чем надежно предотвращается прохождение фронта тления сквозь огнепреграждающий пояс.

Измерениями показано, что при плотности торфа, равной 0,50 г/см³, приведенный диаметр пор в массиве торфа составляет в среднем 1,1 мм, а приведенный диаметр частиц огнетушащих порошков, рассматриваемых перспективными при анализе эффективности технического результата заявляемого изобретения, составляет не более 0,09 мм, а у некоторых порошков намного меньше. Оценки показали, что при таком соотношении диаметра пор в массиве торфа и диаметра частиц порошков при газодинамическом напоре псевдоожиженной смеси, побуждаемом давлением не менее 0,6 МПа, проникновение частиц порошков в массив торфа составляет не менее 250 мм.

Способ тушения тлеющих пожаров торфяных залежей и устройство для его реализации поясняется фиг. 1-4. На фиг. 1 показано устройство тушащего ствола в виде вертикального его разреза. На фиг. 2 - устройство лепестковой форсунки, с помощью которой осуществляется подача псевдоожиженной смеси огнетушащего порошкового состава и газа, не поддерживающего тлеющее горение торфа, в слой торфяной залежи перед продвигающимся фронтом тления. На фиг. 3 приведена схема, основанная на данных горизонтального разреза огнепреграждающего пояса с тушащим стволом, поясняющая технологию создания внутри торфяной залежи огнепреграждающего пояса перед распространяющимся фронтом тления с помощью тушащих стволов. На фиг. 4 представлена схема, поясняющая подход к определению расстояний l_f между горизонтальными плоскостями, в которых расположены форсунки, на примере вертикального разреза нижней части тушащего ствола.

На фиг. 1 показан вертикальный разрез цилиндрического тушащего ствола 1, заполненного огнетушащим порошковым составом 2, предназначенным для подачи в торфяной слой 6 после ввода тушащего ствола в пробуренную цилиндрическую скважину в торфяном слое. В нижней части тушащий ствол имеет часть 5 в виде усеченного конуса для более удобного и беспрепятственного ввода тушащего ствола 1 в скважину. В верхней части тушащего ствола для загрузки в него огнетушащего порошкового состава имеется люк, закрываемый крышкой 3, через которую в тушащий ствол введен трубопровод 4 для подачи и создания в тушащем стволе давления газа, не поддерживающего тлеющее горение торфа. Крышка 3 с уплотнением 15 выполнена быстросъемной, с пазовым замком, плотно закрывающаяся ключом с пальцами, входящими в отверстия 16. Трубопровод 4 для подачи газа в тушащий ствол на выходе газа в нижней части трубопровода имеет вихреобразующий насадок 14 для создания во внутренней полости тушащего ствола псевдоожиженной смеси огнетушащего порошкового состава и газа, не поддерживающего тлеющее горение торфа, и подачи смеси под давлением с помощью форсунок 7 через стенку скважины в тлеющий слой торфяной залежи 6. Загрузка огнетушащего порошкового состава в тушащий ствол может осуществляться насыпанием огнетушащего порошкового состава в ствол при вставленном в ствол трубопроводе 4 и несколько приподнятой крышке 3. Для загрузки в тушащий ствол огнетушащего порошкового состава не исключено устройство в крышке 3 дополнительного лючка с уплотнением. На тушащий ствол надета уплотняющая подвижная заглушка 8, при приложении к которой усилия сверху предотвращается выход огнетушащего порошкового состава наружу (вверх). Цилиндрическая часть заглушки 8 может передвигаться по тушащему стволу и запирать выход псевдоожиженной смеси огнетушащего порошкового состава и газа из форсунок 9, находящихся выше верхнего уровня (поверхности) 10 торфяной залежи. Высоту цилиндрической части уплотняющей подвижной заглушки 8 подбирают из оперативного комплекта в зависимости от толщины торфяного слоя. С целью предотвращения выхода псевдоожиженной смеси огнетушащего порошкового состава и газа из форсунок 9, находящихся выше верхнего уровня 10 торфяной залежи, и запирания этих выходов могут использоваться также цилиндры, аналогичные цилиндрической части заглушки 8, для наращивания цилиндрической части заглушки 8. Для подвода к тушащему стволу от источника подачи газа, не поддерживающего тлеющее горение торфа, может быть использован гибкий трубопровод 11, подсоединенный к трубопроводу 4 с помощью штуцера 12.

На фиг. 2 показано устройство лепестковой форсунки, с помощью которых осуществляют подачу псевдоожиженной смеси огнетушащего порошкового состава и газа, не поддерживающего тлеющее горение торфа, из тушащего ствола в слой торфяной залежи, по которой продвигается фронт тления. Лепестковая форсунка состоит из корпуса 17 и пружинящих лепестков 18, нормально закрытых для непросыпания порошкового состава при заполнении им тушащего ствола 1 (фиг. 1) и его эксплуатации. Лепестки 18 прикрепляются к корпусу 17 форсунки. При создании в стволе давления газа, не поддерживающего тлеющее горение торфа, лепестки приходят в состояние 19 и пропускают псевдоожиженную смесь к профилированному отверстию 20 для подачи ее расширяющейся струей в слой торфяной залежи через стенку скважины 24 (фиг. 3).

На фиг. 3 приведена схема, поясняющая технологию создания внутри торфяной залежи огнепреграждающего пояса перед распространяющимся в направлении 21 фронтом тления 22 с помощью тушащих стволов 1. Массив залежи торфяного месторождения в исходном состоянии, не горевший и не насыщенный псевдоожиженной смесью огнетушащего порошкового состава и газа, не поддерживающего тлеющее горение торфа, представлен перед фронтом тления под номером 6. Массив залежи, насыщенный псевдоожиженной смесью огнетушащего порошкового состава и газа, не поддерживающего тлеющее горение торфа, показан закрашенным. Создание огнепреграждающего пояса вокруг зоны тления торфяной залежи начинают с бурения первой скважины высотой от верхней поверхности грунта до уровня грунтовых вод или до подстилающего под торфяным пластом минерального грунта 30 (см. фиг. 4). Скважину пробуривают в произвольно выбранном месте, за пределами периметра тлеющей торфяной залежи, на линии, отстоящей на заранее установленном расстоянии от границы зоны дымовыделения тлеющей торфяной залежи, определенном расчетом по значениям времен: времени, определенному по скорости продвижения зоны дымовыделения, времени подготовки тушащего ствола к работе, времени его работы. Расстояние устанавливают с запасом вследствие продвижения зоны тления к месту создания огнепреграждающего пояса. Скважину пробуривают диаметром, минимально возможно превышающим диаметр тушащего ствола (не более чем на 15-20 мм) для обеспечения выполнения беспрепятственного и быстрого введения ствола в скважину. В скважину вводят тушащий ствол, предварительно заполненный одним из приведенных выше огнетушащих порошковых составов. Далее, за счет повышения давления в тушащем стволе, с помощью форсунок 7 подают в слой торфяной залежи 6 псевдоожиженную смесь огнетушащего порошкового состава и газа, не поддерживающего тлеющее горение торфа (например, диоксида углерода, азота или другого инертного газа). Подачу газа под давлением не менее 0,6 МПа в тушащий ствол осуществляют из емкости или компрессором. Выработку тушащего ствола осуществляют в два этапа: на первом этапе в течение заранее определенного времени осуществляют выпуск из тушащего ствола огнетушащего порошкового состава, а на втором этапе в течение 15-20 с продолжают осуществлять продувку коммуникаций газом из емкости или компрессором, что обеспечивает дополнительное насыщение указанным газом цилиндрический объем 26 торфяной залежи 6 (см. фиг. 3), концентричного относительно тушащего ствола, чем обеспечивается более надежное прекращение тления торфа в подошедшем фронте тления. После выпуска псевдоожиженной смеси в слой торфяной залежи из первого (левого на фиг. 3) тушащего ствола (он не показан, т.к. извлечен после выработки порошка), справа от первой скважины пробуривают очередную скважину. Скважину пробуривают на таком же расстоянии от границы зоны дымовыделения, что и первую скважину.

При давлении 0,6 МПа проникновение частиц порошков в массив торфа составляет не менее 250 мм. Диаметр тушащего ствола оценивают исходя из необходимости насыщения массива торфяной залежи вокруг скважины огнетушащим порошковым составом в количестве, равном огнетушащему содержанию порошкового состава в торфе, то есть около 450 грамм порошкового состава на 1 м³ торфа. Цилиндрические объемы 26 торфяной залежи, находящиеся между скважинами и насыщенные огнетушащим порошковым составом, должны перекрывать друг друга (см. фиг. 3). Зазор 13 между стенкой тушащего ствола и стенкой скважины (см. фиг. 1) должен составлять 8-10 мм. Зазор 13 должен быть малым:

- для надежного закрытия зазора 13 с помощью подвижной заглушки 8 вверху пробуренной вертикальной скважины для предотвращения выхода из зазора 13 псевдоожиженной смеси огнетушащего порошкового состава и газа, не поддерживающего тлеющее горение торфа; это необходимо для предотвращения снижения давления псевдоожиженной смеси в зазоре 13, от которого (давления) зависит глубина проникновения псевдоожиженной смеси огнетушащего порошкового состава и газа, не поддерживающего тлеющее горение торфа, из форсунок 7 в пористую массу торфа;

- для обеспечения воздействия факела псевдоожиженной смеси огнетушащего порошкового состава и газа на стенку пористой массы торфа с возможно большей кинетической энергией движения смеси, выходящей под давлением из форсунок 7, от чего зависит глубина проникновения смеси огнетушащего порошкового состава и газа в пористую массу торфа.

Из левой (см. фиг. 3) скважины извлекают тушащий ствол, а скважину заполняют негорючим грунтом. В очередную (правую - см. фиг. 3) скважину вводят тушащий ствол и с ним производят ранее описанные операции по подаче под давлением в торфяную залежь огнетушащего порошкового состава и газа, не поддерживающего тлеющее горение торфа. Работы по созданию огнепреграждающего пояса могут проводиться в обе стороны 29 от первой (левой на фиг. 3) скважины, а также в других нескольких местах вокруг зоны тления торфяной залежи. Скважины для введения тушащих стволов при создании огнепреграждающего пояса, замкнутого вокруг тлеющей торфяной залежи, располагают в один ряд.

Особенности технологии эксплуатации тушащих стволов заключаются в следующем. Факелы 23 смеси, вводимой в массу торфяной залежи через стенки скважины 24 перед распространяющимся внутри ее фронтом тления 22, создаются с помощью форсунок 7, размещенных на поверхности тушащих стволов 1, с помощью давления, создаваемого внутри тушащего ствола 1 подачей в него газа, не поддерживающего тлеющее горение торфа. На фиг. 3 форсунки 7 и 9 условно (для наглядности) показаны выходящими за пределы внешней поверхности тушащих стволов 1. На самом деле форсунки 7 и 9 размещены вровень с внешней поверхностью тушащих стволов 1 для обеспечения возможности использования заглушек 8 и вспомогательных цилиндров для предотвращения выхода псевдоожиженной смеси огнетушащего порошкового состава и газа из форсунок 9, находящихся выше верхнего уровня 10 торфяной залежи. Для сокращения количества форсунок в составе тушащих стволов 1 форсунки должны обеспечивать распыл псевдоожиженной огнетушащей смеси конусным факелом 23 с возможно большим углом при вершине конуса факела. В тоже время расчетный анализ показал, что в составе тушащих стволов должно быть 6 или более рядов форсунок, расположенных в корпусе ствола по его образующей (см. фиг. 1, 3, 4). Эффективная толщина огнепреграждающего пояса вокруг зоны тления торфяной залежи 6 определяется толщиной двух стенок цилиндрического объема торфяной залежи 6 - d_cil (см. фиг. 3), концентричного относительно тушащего ствола 1, насыщенного поданным под давлением из форсунок 7 огнетушащим порошковым составом. Огнепреграждающее действие огнепреграждающего пояса увеличивается вертикальными объемами 23, образованными после выпуска огнетушащей смеси из форсунок 7 тушащего ствола 1 в виде конусных факелов 25 и расположенных в пределах цилиндрических вертикальных объемов 27.

Между вертикальной цилиндрической границей 27 и вертикальными стенками скважин имеются объемы 28, не насыщенные огнетушащим порошковым составом. Распространение фронта тления 22 в объемы 28 предотвращается огнепреграждающим действием вертикальных цилиндрических объемов 26, насыщенных огнетушащим порошковым составом.

Определение расстояний l_f между горизонтальными плоскостями, в которых расположены форсунки, иллюстрируется схемой, представленной на фиг. 4, на которой показан вертикальный разрез нижней части тушащего ствола. Расстояние l_f должно быть близко к значению, при котором зоны 31 пересечения конусов 32 и 33 распыла огнетушащего состава и им подобные, образующие цилиндрическую поверхность 27, располагались бы на минимально возможном расстоянии от стенки тушащего ствола. Этим обеспечивается максимально возможное расстояние d_cil между цилиндрическими поверхностями 26 и 27, образующими цилиндрический объем, насыщенный огнетушащим порошковым составом, от которого (расстояния d_cil) зависит толщина огнепреграждающего пояса вокруг зоны тления торфяной залежи 6.

Цилиндрические объемы между поверхностями 26 и 27 торфяной залежи, находящиеся между скважинами и насыщенные огнетушащим порошковым составом, должны перекрывать друг друга (см. фиг. 3).

В тушащий ствол для подачи из него в тлеющий слой торфяной залежи псевдоожиженной смеси может подаваться любой инертный газ, но предпочтительным является использование двуокиси углерода, обладающей повышенной тушащей способностью. Псевдоожиженная смесь огнетушащего порошкового состава и газообразной двуокиси углерода обладает относительно высокой плотностью (около 3·10^-3 г/см³) и соответственно высокой кинетической энергией после выхода из форсунок. Торф обладает большой пористостью. Все это обеспечивает глубокое проникновение смеси в торфяной пласт.

Частицы порошка осаждаются в порах торфа и предотвращают его тление. В случае, если по ошибке скважина пробурена в месте, куда уже подошел фронт тления 22, двуокись углерода во время подачи псевдоожиженной смеси способствует тушению очага тления.

Локализация пожара в торфяной залежи обеспечивается постепенным охватом зоны тлеющей торфяной залежи огнепреграждающим поясом, торф в котором по всей высоте торфяной залежи ингибирован огнетушащим порошковым составом с помощью представленных тушащих стволов и является негорючим.

Для реализации способа тушения тлеющих пожаров в торфяных залежах с использованием предназначенных для этого тушащих стволов необходимо мобильное средство с прицепом для транспортировки тушащих стволов, заправленных огнетушащим порошковым составом, снабженное бурильным механизмом для бурения скважин, механизмом для установки тушащих стволов в скважину и изъятия стволов из скважин, емкость с газом, не поддерживающим тлеющее горение торфа, с трубопроводами (шлангами) подачи газа под давлением в тушащие стволы.

Анализ известных способов тушения тлеющих пожаров торфяных залежей показал, что среди них отсутствуют способы и устройства для их реализации, которые были бы аналогичны по всем существенным признакам заявляемому изобретению. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».

Одновременно выявлено, что заявляемое изобретение не вытекает явным образом из уровня техники в данном направлении. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».

Использование данного технического решения может способствовать сохранению запасов торфяного сырья и уменьшить в существенной мере осложнение экологической обстановки в районах, окружающих торфяные залежи, что снизит вред для здоровья населения и животноводства.

Изобретение относится к средствам локализации очагов и тушения тлеющих пожаров в торфяных залежах. Способ локализации очагов и тушения тлеющих пожаров в торфяных залежах заключается в создании огнепреграждающих поясов, замкнутых вокруг очагов тления в торфяной залежи, и подавлении, в конечном счете, указанных очагов. Огнепреграждающие пояса создаются с помощью тушащих стволов, оснащенных трубопроводом для подачи и создания в них давления газа и форсунками, расположенными равномерно по всей высоте тушащего ствола. Стволы предварительно заполняют огнетушащим веществом, в качестве которого используются порошковые составы, включающие минеральные соли щелочных металлов и железа, смеси этих солей, карбонаты. Трубопровод в нижней части имеет вихреобразующий насадок для создания во внутренней полости тушащего ствола при подаче в него по трубопроводу газа псевдоожиженной смеси огнетушащего порошкового состава и газа. Пробуривают вертикальные скважины на всю высоту слоя торфа в залежи. В скважину вводят тушащий ствол и подают в него под давлением газ, не поддерживающий тлеющее горение торфа. Вертикальные скважины бурят на определенном расстоянии друг от друга и с введением в них тушащих стволов. При подходе фронта тления по торфяной залежи к огнепреграждающему поясу тлеющий пожар в торфяной залежи под земной поверхностью прекращается. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ тушения тлеющих пожаров в торфяных залежах, заключающийся в применении тушащих стволов, вводимых внутрь торфяной залежи на определенном расстоянии один от другого, для подачи под давлением в течение определенного времени огнетушащего вещества через отверстия в тушащем стволе в тлеющий слой торфяной залежи перед продвигающимся фронтом тления в торфяной залежи, отличающийся тем, что для тушения очага тлеющего пожара в торфяной залежи создают огнепреграждающий пояс, замкнутый вокруг очага тления в торфяной залежи, посредством введения в массив торфяной залежи огнетушащего вещества с помощью тушащих стволов, в качестве огнетушащего вещества в которых используются огнетушащие порошковые составы, включающие минеральные соли щелочных металлов и железа или смеси этих солей, а также порошковые составы, включающие карбонаты, которыми предварительно заполняют тушащие стволы, при этом для введения тушащих стволов в тлеющий слой торфяной залежи в произвольно выбранном месте, за пределами периметра тлеющей торфяной залежи, на линии, отстоящей на заранее определенном расстоянии от границы зоны дымовыделения тлеющей торфяной залежи, пробуривают вертикальную скважину диаметром, минимально возможно превышающим диаметр тушащего ствола, с обеспечением возможности быстрого и беспрепятственного введения его в скважину, глубина которой определяется расстоянием от верхней поверхности грунта до уровня грунтовых вод или до подстилающего под торфяным пластом минерального грунта с полной выемкой грунта из скважины, после чего в пробуренную в торфяном пласте скважину вводят тушащий ствол, заполненный огнетушащим порошковым составом, выход из скважины между стенкой тушащего ствола и стенкой скважины в торфяном пласте уплотняют подвижной заглушкой приложением к ней усилия сверху, а затем под давлением в тушащий ствол в течение заранее определенного времени выпуска из ствола огнетушащего порошкового состава и подачи его под давлением через форсунки в слой торфяной залежи подают газ, не поддерживающий тлеющее горение торфа, в виде диоксида углерода, азота или другого инертного газа, после чего извлекают использованный ствол из скважины и на определенных заранее расстояниях от предыдущей скважины и от границы зоны дымовыделения перед продвигающимся фронтом тления в торфяной залежи, вне зоны дымовыделения, пробуривают скважину, аналогичную предыдущей, и внедряют в нее очередной тушащий ствол, заполненный огнетушащим порошковым составом, и с ним производят ранее представленные операции по подаче под давлением в торфяную залежь огнетушащего порошкового состава, скважины под тушащие стволы, размещаемые вокруг тлеющей торфяной залежи, при создании огнепреграждающего пояса располагают в один ряд.

2. Устройство для реализации способа тушения тлеющих пожаров в торфяных залежах, содержащее тушащий ствол с элементами, обеспечивающими подачу огнетушащего вещества в массив торфяной залежи, отличающееся тем, что в верхней части тушащего ствола для загрузки во внутреннюю полость тушащего ствола огнетушащего порошкового состава имеется люк, закрываемый крышкой, через которую в тушащий ствол введен трубопровод для подачи и создания в тушащем стволе давления газа, не поддерживающего тлеющее горение торфа, трубопровод в нижней части имеет вихреобразующий насадок для создания во внутренней полости тушащего ствола, при подаче в него по трубопроводу газа под давлением, псевдоожиженной смеси огнетушащего порошкового состава и газа, не поддерживающего тлеющее горение торфа, и подачи псевдоожиженной смеси в тлеющий слой торфяной залежи по всей высоте тушащего ствола через лепестковые форсунки, расположенные равномерно по всей высоте тушащего ствола, для создания огнепреграждающего пояса вокруг зоны тления торфяной залежи, на тушащий ствол надета уплотняющая подвижная заглушка для предотвращения выхода псевдоожиженной огнетушащей смеси из скважины, в которую помещен тушащий ствол, наружу по зазору между стенкой тушащего ствола и стенкой скважины в торфяном пласте при приложении к ней усилия сверху.