Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор исследований по теме диссертационной работы и определение цели исследования 11
1.1. Переносные устройства локализации и тушения низового лесного пожара 12
1.1.1. Взрывные средства тушения 12
1.1.2 Тушение низовых пожаров устройствами, создающими малые энергетические возмущения 16
1.1.3 Метод отжига и переносные устройства для его осуществления 21
2. Разработка некоторых новых способов борьбы с лесными пожарами 27
2.1. Тушения лесных пожаров 27
2.1.1 Применение точечных (дискретных) зарядов для тушения низовых лесных пожаров 28
2.2 Экспериментальное исследование тушения лесных горючих материалов в лабораторных условиях 33
3. Выбор и обоснование конструкции дезинтегратора низовых лесных пожаров с использованием стрелкового оружия 40
3.1. Конструирование и изготовление дезинтеграторов лесных пожаров 43
3.2.Результаты испытаний дезинтеграторов в лабораторных и натурных условиях и их анализ 46
3.2.1.Определение конструкции образцов ДНЛП и условий эксперимента для проведения испытаний в натурных условиях 46
3.2.2. Исследование тактико-технических данных ДНЛП 49
3.2.3. Исследования по измерению давления торможения ДНЛП различной конструкции 54
4. Тактика борьбы с низовыми лесными пожарами с использованием дезинтеграторов низовых лесных пожаров 57
4.1 Тактика борьбы с низовыми лесными пожарами с использованием стрелкового оружия 57
4.1.1. Организация тушения лесных пожаров с использованием стрелкового оружия 57
4.1.2. Тушения низовых лесных пожаров 59
с использованием стрелкового оружия 59
4.1.3. Тактика тушения пожаров 60
4.1.4. Техника безопасности при тушении лесных пожаров 63
4.2 Проект инструкции по применению дезинтеграторов при тушении низовых лесных пожаров 64
4.2.1 Общие указания 64
4.2.2 Устройство дезинтегратора 64
4.2.3. Технические данные 64
4.2.4. Подготовка к работе и порядок работы 65
4.2.5. Техника безопасности при использовании ДНЛП 65
Заключение 67
Основные результаты и выводы по диссертации 70
Литература 72
Приложение 79
- Взрывные средства тушения
- Экспериментальное исследование тушения лесных горючих материалов в лабораторных условиях
- Исследования по измерению давления торможения ДНЛП различной конструкции
- Техника безопасности при использовании ДНЛП
Взрывные средства тушения
Хорошо известно, что лесные пожары наносят значительный экономический и экологический ущерб хозяйственной деятельности человека, поэтому большое значение имеет оперативность их локализации с последующим тушением. В этом случае актуально создание надежных заградительных полос. Так, например, для надежной остановки верхового пожара необходимо иметь полосу шириной 100 - 200 метров [6]. Большой интерес представляет метод борьбы с помощью взрыва, когда используются взрывчатые вещества (ВВ). В этом случае удается достаточно быстро создавать минерализованные полосы, препятствующие распространению огня. Так, создание заградительной полосы шириной 2 2,5м и длиной 100м осуществляется за 20 - 25 минут командой подрывников из трех человек [7]. Метод целесообразен на тяжелых грунтах и при мощном слое живого и мертвого покрова, а также при пожарах на торфяниках, где не требуется прокладка заградительных рвов.
На легких песчаных почвах поднятые взрывом мелкий песок и пылевидная часть почвы, оседая на прилегающем к месту взрыва травяном или моховом покрове, на хвое деревьев, дополнительно резко уменьшают их восприимчивость к огню. При близком подрыве к фронту горения дополнительно сбивается пламя, причем на 3 - 5 га горящего леса тратится 80 - 120 кг аммонита при работе 3-4 парашютистов. При этом работы занимают много времени на рытье шпуров, определенную сложность представляют доставка ВВ к месту работ и их хранение. С использованием детонирующих шпуров время на создание полосы сокращается, однако другие недостатки подобного способа остаются [8]. Кроме того, значительный вес заряда (до 600кг на 1км длины) [9] снижает в свою очередь работоспособность пожарных-десантников.
Более эффективно использование шланговых накладных зарядов [2] ПЖВ - 20 и эластичных шпуровых зарядов ЭШ - 117. В ПЖВ - 20 используется патронированный аммоний, закладываемый в шланг диаметром 0,36м и длиной до 10м. ЭШ - эластичный шнур длиной до 50м, причем он более эффективен, так как при его использовании увеличивается темп создания полосы в 5 - 6 раз.
Локализация лесных пожаров может осуществляться с помощью накладных шпуровых зарядов 6-ЖВ [10]. Накладной заряд представляет собой патрон длиной 232мм, диаметром 30 - 32мм и вес 0,2кг, в котором укладываются заряды аммонита. Общая длина заряда стянутого капроновыми нитями до Юм, вес - 9кг. Эффективность заряда повышается, если его прижать к земле. На практике, как правило, подрывают заряды длиной 200 - 300м, при этом образуется минерализованная полоса шириной 0,4 - 0,55м. К существенным недостаткам этого способа можно отнести большой вес заряда на длину обрабатываемой кромки фронта пожара, сложность приготовления полосы и высокая стоимость накладных шпуровых зарядов, что затрудняет их применение на практике.
Поскольку во фронте лесного пожара, например верхового, сгорают только хвоинки и тонкие (диаметром до 7мм) веточки растений [1], то совершенствование взрывных средств пожаротушения идет по направлению снижения расходуемой массы ВВ с одновременным повышением эффективности действия. При возможности реализации, в соответствии с новой концепцией борьбы с лесными пожарами, первого из предельных условий [5] с учетом того, что tc « te»\/(f) (где: tc - время срыва, te - характерное время горения, А - длина зоны прогрева, ш -скорость распространения фронта горения), расход ВВ на создание минерализованных полос при низовом пожаре и негорючего заслона для верхового значительно бы сократился. В связи с тем, что для локализации необходим срыв основной части (-80%) хвои и тонких веточек в единице объема полога леса, был предложен способ локализации и тушения верховых лесных пожаров с расположением зарядов ВВ в пологе леса [59]. Усовершенствованный вариант этого способа представлен в работе [1], где используются шланговые (шпуровые) заряды ПЖВ - 20 или ЭШ - 117.
Пути совершенствования методов и средств с лесными пожарами показывают, что усиление эффекта тушения зависит от направленности действия ударной волны. Так во всех рассмотренных устройствах в основном происходил взрыв в свободном объеме, и ударная волна распространялась равномерно во всех направлениях. Для усиления ее действия именно на фронт пожара в работе [1] предложено использовать гибкий отражающий экран, располагаемый на расстоянии 0,5м от шпурового заряда. При подрыве заряда ВВ, ударная волна со свободной части объема идет в сторону фронта пожара, другая часть взаимодействует с экраном. В результате наряду с падающей прямой ударной волной образуется отраженная от экрана волна. Она также действует на фронт пожара, усиливая эффективность тушения.
Тем не менее, использование зарядов ВВ, как средства тушения лесных пожаров недостаточно эффективно. На создание весьма трудоемких заградительных и минерализованных полос расходуется до 0,7 - 0,9кг/м взрывчатых веществ.
В связи с выше сказанным, нужны высокоэффективные, относительно безопасные взрывные устройства, которые должны иметь размеры и массу, позволяющие доставлять их к месту пожара вручную. В сочетании с огнетушащим веществом (комбинированный способ) эффективность применения ВВ резко возрастет, поэтому необходимо продолжать теоретико-экспериментальные работы на создание подобных средств тушения.
Анализ существующих способов и средств тушения показывает, что накоплен большой опыт [11 - 15] борьбы с лесными пожарами. При тушении низовых пожаров, как наиболее распространенных, имеется много устройств, позволяющих активно воздействовать на уязвимые зоны фронта пожара, но они не совершенны по своему конструктивному исполнению и могут оказаться неэффективными по своему действию в труднодоступных местах лесных массивов. В частности, слабо отражены конструкции устройств действующих на фронт пожара малыми энергетическими импульсами, а имеющиеся средства трудоемки и требуют привлечения большого количества людей и времени тушения, в связи с чем возникает угроза ожогового травматизма либо отравления пожарных продуктами горения. Методы тушения малыми энергетическими возмущениями представляют собой настолько сложный комплекс научно-технических задач, что многие из них еще достаточно не изучены, только этим можно объяснить тот факт, что до сих пор практически отсутствуют удобные для работы устройства, позволяющие оперативно тушить лесные пожары.
Практические результаты по использованию ВВ, в свою очередь, позволяют создавать основу для проектирования новых устройств и способов их реализующих. Проектирование новых, более совершенных средств требует разработки тактики тушения лесных пожаров с их применением.
Таким образом, обзор известной литературы показал, что до сих пор нет эффективных и надежных средств борьбы с пожарами в труднодоступных местах лесных массивов. В частности, слабо отражены конструкции устройств действующих на фронт пожара малыми энергетическими импульсами, а имеющиеся способы небезопасны, трудоемки и требуют привлечения большого количества людей и времени тушения.
Экспериментальное исследование тушения лесных горючих материалов в лабораторных условиях
В настоящей работе приводятся результаты экспериментальных исследований по взаимодействию ударных волн, создаваемых при подрыве взрывчатого вещества с фронтом пожара, а также схема лабораторной установки, на которой выполнялись опыты.
В качестве лесного горючего материала использовались сосновые веточки размером 25-:-40 см с влагосодержанием менее 14 %. Опыты проводились с группой веточек, которые располагались эшелонировано в вертикальной и горизонтальной плоскостях с интервалами между ними, отражающими реальное расположение веточек на сосне.
Оформлена заявка на патент изобретения, которое относится к экологии окружающей среды, в частности, касается локализации и тушения лесных пожаров.
Известен способ тушения лесных пожаров, заключающийся в создании перед фронтом пожара заградительной полосы при подходе к ней фронта пожара путем взрыва взрывчатого вещества при температуре пиролиза 575±175 К. Недостатком данного способа является большая поврежденность веток, находящихся в непосредственной близости от заряда.
Наиболее близким к предполагаемому техническому решению является способ тушения лесного пожара, включающий размещение зарядов взрывчатых веществ в объеме полога леса, их подрыв и создание заградительной полосы, при этом в пологе леса формируют топливно-воздушное облако, которое взрывают
Недостатком данного способа является то, что топливно-воздушное облако может служить источником воспламенения элементов лесных горючих материалов - ЛГМ (хвоинок и тонких веток) в связи с невозможностью создания оптимальной концентрации топлива в объеме топливно-воздушного облака.
Поставленная задача решается при использовании предложенного способа, включающего размещение зарядов взрывчатых веществ в объеме полосы леса и их подрыв при подходе фронта пожара, при этом заряды взрывчатых веществ размещаются точечно на ветвях деревьев, подрыв осуществляют при непосредственном термическом воздействии фронта пожара, при этом масса заряда составляет 0,005-0,12 г.
Размещение зарядов взрывчатых веществ точечно на ветвях деревьев, осуществление подрыва при непосредственном термическом воздействии фронта пожара на заряд являются неизвестным из просмотренной литературы, поэтому данное техническое решение обладает новизной.
Задачей, на решение которой направлено данное техническое решение, является повышение сохранности деревьев в результате сохранения жизнеспособных веток путем разрушения структуры фронта пожара.
Оптимальные условия для разрушения фронта пламени в результате воздействия ударных волн создаются при максимальном приближении заряда взрывчатого вещества к фронту пламени, что достигается путем размещения зарядов небольшой массы (точечных зарядов) непосредственно на ветках. При достижении фронтом пламени точечного заряда происходит его подрыв, ударная волна срывает пламя непосредственно в зоне горения, что приводит к частичному повреждению ветки. Образующиеся в результате взрыва негорючие газы окутывают неповрежденную часть ветки и предохраняет ее от повторного воспламенения. Уменьшение повреждения веток от ударной волны достигается уменьшением массы заряда, но одновременно уменьшается вероятность срыва пламени как на ветке с зарядом, так и на соседних ветках. Эффективность воздействия зарядов можно оценить по повреждениям веток, вычисляемой по формуле
Значение «А» будет зависеть от величины и числа зарядов, места их расположения на ветке, а также расположения веток друг от друга.
Тушение лесных пожаров данной совокупностью операций не обнаружено в литературе, что свидетельствует об изобретательском уровне этого технического решения.
Способ осуществляется следующим образом. На ветках деревьев точечно размещаются заряды взрывчатого вещества массой 0,005-0,12 г, при подходе фронта пожара они взрываются при непосредственном термическом воздействии.
При проведении экспериментов ветки располагались параллельно на расстоянии 10-15 см друг от друга, точечный заряд определенной массы располагался на нижней ветке на расстоянии 5-7 см от края (рис.5), затем ветки поджигали (рис.6).
После прекращения горения в результате детонации или полного сгорания веток измерялись длины поврежденного и неповрежденного участков ветки. Неповрежденным считался участок, с сохранившейся и не изменившей своего цвета хвоей. В каждом опыте испытания проводили на ветках длиной 27-30 см. Ввиду технических трудностей получения точечных зарядов одинаковой массы по результатам 10 опытов подобраны интервалы значений массы зарядов с близкими результатами. По результатам опытов рассчитывали долю повреждения веток по выше приведенной формуле. Результаты приведены в таблице 2.
Исследования по измерению давления торможения ДНЛП различной конструкции
На третьем этапе были исследованы пять экспериментальных образцов дезинтегратора низовых лесных пожаров, два конусообразных, два с параболической внутренней полостью (с выходным диаметром 22 и 36 мм), и один с эллиптической внутренней полостью. Все ДНЛП имели одинаковый диаметр критического сечения - 5 мм.
Воздействия ударными волнами по датчикам давления АИДА-М производились одиночными выстрелами. Параметры давления пороховых газов снимались на расстоянии L равного 0,5; 1 м и на срезе ствола. Полученные показания фиксировались прибором в милливольтах.
Для определения коэффициента усиления ударной волны для каждого вида дезинтегратора было определено относительное давление пороховых газов при стрельбе без ДНЛП с использованием специальной муфты с выходным диаметром 5 мм. Данные эксперимента сведены в таблицу 5. Величина погрешности составляет 7 - 8 %
Проводя анализ, можно прийти к выводу о том, что дезинтеграторы с различными диаметрами критических сечений и с разной внутренней полостью, имеют разный эффект тушения низового лесного пожара, что видно из таблицы (3), в которой отражена зависимость основных параметров ДНЛП. Видно, что с увеличением диаметра критического сечения ДНЛП, в большую сторону изменяется расстояние от дезинтегратора до фронта пожара, это предохраняет человека от опасных факторов пожара. Так же увеличиваются глубина и ширина тушения пожара. На это влияет то, что давление в камере сгорания падает, вместе с тем возрастает скорость истечения газов на выходе из насадка. Обобщая результаты исследований, можно сделать вывод, что с увеличением диаметра критического сечения до 5 мм воздействие ударных волн на фронт низового пожара более эффективное. Также установлено, что оптимальный угол направленности ДНЛП к фронту пожара, при котором наиболее эффективна его работа, равен ф=30.
Анализ экспериментальных данных показал, что дезинтегратор с параболической внутренней полостью и диаметром критического сечения 5 мм [66] имеет лучшие характеристики, чем конусообразный с аналогичным диаметром критического сечения. Полученные результаты сведены в таблицы 4. Также этот образец был сравнен с ранее испытанными насадками, приведенными в таблице 3. Это еще раз доказывает: выводы, что увеличение диаметра критического сечения и применение параболического дезинтегратора более эффективно.
Из полученных результатов видно, что один оператор тушит до 10 м фронта пожара за одну минуту с помощью 30 патронов. Можно просчитать, что группа из четырех человек с боеприпасами, снаряженными в четыре магазина (120 патронов), могут потушить до 160 метров фронта низового пожара за 4 - 5 минут (с учетом смены магазинов).
Сравнивая с известными и используемыми на практике способами борьбы с лесными низовыми пожарами, видно, что значительно сокращается время тушения, увеличивается фронт тушения, а самое главное - человек физически не переутомляется.
Техника безопасности при использовании ДНЛП
Безопасность при тушении обеспечивается точным соблюдением требований настоящей инструкцией, правильной организацией тушения низового лесного пожара с применением стрелкового оружия, высокой дисциплинированностью лиц, участвующих в тушении. Каждый участник тушения должен точно выполнять установленные меры безопасности при обращении с оружием и боеприпасами.
- К тушению низовых лесных пожаров с помощью ДНЛП допускаются лица, прошедшие обучение и сдавшие зачеты.
- Каждый участник перед тушением проходит инструктаж и расписывается в журнале по технике безопасности.
- Снаряжение магазина холостыми патронами и присоединение дезинтегратора выполняется вне зоны тушения.
- Присоединение магазина и заряжение автомата с последующим открытием огня выполняется только по команде руководителя тушения.
- При осечке патрон извлекается и после тушения сдается.
- Отсоединение дезинтегратора от АКМ следует после его остывания.
Категорически запрещается:
- направлять оружие независимо от того, заряжено оно или нет, в сторону, где находятся люди;
- заряжать оружие боевыми патронами;
- заряжать и вести тушение без команды руководителя тушения;
- оставлять заряженное оружие в зоне тушения или где бы то ни было, а также передавать его другим лицам;
- оставлять патроны с осечкой в зоне горения;
- браться за нагретые части оружия.