Способ предотвращения пожара в торфяниках и отложениях лигнина

Способ предотвращения пожара в торфяниках и отложениях лигнина

Реферат

Изобретение относится к способам предупреждения пожаров в отложениях возгораемого материала природного происхождения, например торфяниках, и отложениях техногенного происхождения, например лигнина, и других подобных отходов деревоперерабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности.

Необходимость разработки эффективных способов предотвращения пожаров в отложениях горючего материала природного или техногенного происхождения ежегодно обостряется в связи с увеличением числа и масштабов лесных пожаров вблизи торфяников и непосредственно на торфяниках, а также на заброшенных неохраняемых огромных полигонах-хранилищах с многолетними возгораемыми отложениями в виде отходов ныне обанкротившихся гигантов деревоперерабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. Актуальность этой задачи определяется значительным ущербом для здоровья людей, подрывом природных ресурсов, экономическими потерями, связанными с тушением подобных возгорании, а также случаями гибели людей. При этом особо важным обстоятельством представляется создание способов, отвечающих современным требованиям геоэкологии.

Известен способ предотвращения пожара в торфяниках (Патент РФ №2254154, МПК 7 А62С 3/02, опубликовано 20.06.2005, Бюл. №17), включающий прокладку канав по всему очагу возможного возгорания и намораживание в подготовленных канавах и естественных углублениях ледяных массивов посредством подачи воды на них в зимний период. При этом источником воды служат подземные водоносные горизонты, обычно залегающие под торфяниками и вскрываемые буровыми скважинами. Под ледяным покрытием сохраняется повышенная влажность, препятствующая распространению огня. В случае возгорания торфа под ледяным массивом повышение температуры усиливает таяние льда и интенсифицирует подачу воды в зону возгорания, осуществляя самотушение.

Недостатком данного способа является сезонность его использования, т.е. его можно проводить только в зимнее время.

Известен способ ограничения распространения пожара в отложениях возгораемого материала, осуществляемый путем сооружения оконтуривающих канав или траншей, заполняемых водой (Повзик Я.С. Пожарная тактика, М., ЗАО «СПЕЦТЕХНИКА», 1999 г., с.313). Недостатком способа является низкая эффективность в связи с тем, что вода из канавы постоянно просачивается на более глубокие горизонты, не обеспечивает смачивание и поддержание высокой влажности в верхних слоях отложений. При этом практически невозможно изготовление канав на всей площади, если учитывать значительную площадь данных отложений. Кроме того, потребуются значительные затраты на поддержание огнезащитной влажности отложений из-за неизбежно снижающегося уровня воды.

Известен способ предотвращения распространения пожаров в торфяниках (Патент РФ №2191052, МПК 7 А62С 3/02, опубликовано 10.20.2002), заключающийся в прорезании траншеи с заполнением ее выхлопными газами и покрытием из огнестойкой твердеющей пены карбамидно-фенольного состава.

В этом способе устранен недостаток предыдущего способа, однако он нарушает экологию среды из-за использования токсичных карбамидно-фенольных смол. Торфяники и техногенные отложения лигнина являются потенциальными объектами дальнейшей промышленной переработки и наличие в них токсичных компонентов значительно снижает ценность данного сырья. Кроме того, эффективность способа снижается из-за невозможности сохранения целостности полости с выхлопными газами из-за неустойчивых и обваливающихся ее стенок из пористого несвязного материала.

За прототип принят способ предотвращения распространения пожаров в торфяниках (патент РФ №2214847, МПК 7 А62С 3/02, опубликовано 27.10.2003), заключающийся в прокладке траншеи на глубину залегания торфа с заполнением ее увлажненным сфагнумом. При подходе пожара сфагнум нагревается, происходит интенсивное парообразование. Пар вытесняет из полости траншеи воздух, создавая бескислородную среду и препятствуя тем самым распространению пожара. В этом способе устранен недостаток предыдущего, так как используется экологически безвредный материал - сфагнум.

Прокладка траншей с заполнением их негорючим увлажненным материалом - признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком способа является ограниченность применения: его можно применять лишь в местах, где имеется мох-сфагнум. Кроме того, в среде горящего торфяника или лигниновых отложений увлажненный мох-сфагнум за короткий срок сравняет свою влажность с окружающими стенками за счет естественного отстаивания содержащейся в нем воды, просачивания ее на нижние интервалы и неизбежно последующего высыхания верхних интервалов. В результате этих естественных процессов мох-сфагнум превратится в такой же возгораемый материал, что снижает эффективность способа - прототипа. Проблематичным является и условие прокладки траншеи на глубину залегания торфа, которая может превышать несколько метров. Кроме того, наличие открытых траншей на обрабатываемой площади массива ухудшает безопасность и труд недоступность для перемещения техники и людей.

Изобретение направлено на повышение эффективности способа предотвращения распространения пожара в возгораемых отложениях природного происхождения, например в торфяниках, и отложениях техногенного происхождения, например лигнина, без нарушения экологии.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в обеспечении профилактической локализации возможных очагов возгорания и повышении оперативности подавления действующих очагов путем быстрого их оконтуривания стенками-завесами из негорючего материала, обладающего свойствами превращаться из текучего состояния в неподвижное.

Технический результат достигается тем, что в способе предотвращения возгорания торфяников и залежей лигнина, включающем прокладку в торфяном пласте или пласте лигнина траншей и заполнение их негорючим материалом, согласно изобретению, перед прокладкой траншей по их линии определяют уровень критической влажности торфяника или лигнина путем глубинного зондирования, производят одновременно прокладку траншей и заполнение их негорючим материалом, при этом траншеи прокладывают в виде щели глубиной до уровня критической влажности с формированием невозгораемой стенки-завесы из подаваемого в них негорючего материала, в качестве которого используют текучий гелеобразный слаботвердеющий раствор.

Технический результат достигается также тем, что определение уровня критической влажности торфяника или лигнина, т.е. влажности материала, при которой возгорание невозможно, проводят с шагом, обусловленным удаленностью от очага возгорания: с уменьшением шага вблизи от очага возгорания, например, 2-5 м и с увеличением шага вдали от него, например, до 10-20 м. Кроме того, щелевидные траншеи прокладывают, например, с помощью землеройного кабелеукладчика с баровой цепью, а в качестве гелеобразного слаботвердеющего раствора используют раствор, составленный из минеральных компонентов на основе глины и цемента с добавкой структурообразователя, например раствор, содержащий глину в виде бентонитового глинопорошка, цемент, жидкое стекло при следующем соотношении компонентов, мас.%:

бентонитовый глинопорошок	5-10
цемент	5-10
жидкое стекло	1,5-3
вода	остальное.

Технический результат достигается использованием экологически безвредных минеральных материалов на основе глины и цемента.

Отличие заявляемого изобретения от прототипа заключается в определении уровня критической влажности обрабатываемого массива путем глубинного зондирования, например, с помощью буровых скважин, изготовлении системы траншей, например, с помощью землеройного роторного кабелеукладчика с баровой цепью, заполнении их текучим гелеобразным слаботвердеющим негорючим материалом минерального состава, например глиноцементного, на глубину уровня критической влажности, что доказывает соответствие заявляемого изобретения критерию «новизна».

Проведение глубинного зондирования слоя торфяника или залежи лигнина, например, с помощью буровых скважин позволит замерить влажность материала, которая зависит от глубины подземных вод, формы рельефа и обычно увеличивается с глубиной, установить уровень критической влажности, ниже которого материал становится негорючим. По справочным данным древесина становится негорючей при влажности более 65%. По Корнилову А.В.(«Разработка технологии тушения очагов самовозгорания на полигоне производственных отходов лигнина Зиминского районного муниципального образования». Отчет НИР, Вост.-Сиб. институт МВД РФ, Иркутск, 2004, С.16-33) влажность лигнина на глубине 0,5 м составила 50%, при глубине 1 м - 78%, то есть для данного объекта глубина уровня критической влажности составляет около 1 м, ниже которого нецелесообразно создавать преграду для распространения огня и соответственно производить трудоемкие землеройные работы.

Использование уровня критической влажности обрабатываемого массива возгораемого торфяника или залежи лигнина, ниже которого огонь не распространяется, позволит выбрать наименьшую глубину траншеи, оптимизировать тем самым трудозатраты и сократить время на оконтуривание действующих очагов, что повышает оперативность их подавления, снижает расходы на сооружение траншей и на материалы для их заполнения.

Использование в качестве негорючего слаботвердеющего материала раствора, обладающего текучими свойствами, позволит обеспечить наиболее полное заполнение полости траншеи с обеспечением сплошности, что, в свою очередь, обеспечит более прочную непроницаемую стенку-завесу, исключающую проникновение огня.

Использование в качестве негорючего текучего слаботвердеющего материала в виде гелеобразного раствора позволяет исключить растекание негорючего материала по пористым стенкам траншеи в торфянике или лигнине и позволит создать прочную стенку-завесу.

Использование в качестве негорючего текучего гелеобразного материала из слаботвердеющего раствора позволит исключить обрушение стенок траншеи и не нарушить монолитность обрабатываемого массива в пределах его прочностных характеристик, что в свою очередь не ухудшает безопасность и труднодоступность для перемещения техники и людей по обрабатываемому массиву.

Введение глины в виде бентонитового глинопорошка в слаботвердеющий состав позволит удерживать твердые частицы во взвешенном состоянии, а воду - в связанном. Кроме того, бентонитовый глинопорошок позволяет снизить расход дорогостоящего цемента и прочность цементного камня.

Введение цемента в слаботвердеющий состав позволяет получить твердеющий материал с прочностью, достаточной для сохранения формы стенки и удержания траншеи от обрушения и вместе с тем не осложняющей возможную промышленную переработку лигнина.

Введение жидкого стекла в слаботвердеющий состав ускоряет процесс схватывания цементного раствора, стабилизирует свойства глинистого бентонитового раствора.

Из уровня техники известен прием прокладки траншей с помощью барового траншеекопателя или кабелеукладчика, например, при прокладке подземного кабеля электросвязи.

В заявляемом способе в отличие от известного прокладку траншей осуществляется одновременно с заполнением текучим гелеобразным слаботвердеющим составом, что позволяет создать вертикальную невозгораемую монолитную стенку-завесу до момента возможного обрушения стенок траншеи.

В известном решении прокладка траншеи осуществляется практически с одновременной укладкой кабеля и заваливанием довольно широкой полости траншеи извлеченным материалом.

В заявляемом способе, благодаря одновременному проведению прокладки траншей и заполнению их текучим гелеобразным слаботвердеющим раствором, обеспечивается сохранение прочностных характеристик обрабатываемого массива без использования извлеченного материала, а за счет создания затвердевающих стенок-завес исключается обрушение траншей, в результате чего не нарушаются безопасные условия для перемещения людей и техники по поверхности обрабатываемого массива и в целом сохраняется целостность экосистемы. При этом проведение профилактических работ по предотвращению возгорания торфяника или лигнина заявляемым способом не помешает проведению оперативных действий пожаротушения по прокладке траншей и создания в них стенок-завес в случае необходимости дополнительного оконтуривания очагов горения.

Из уровня техники известно использование текучих гелеобразных слаботвердеющих растворов и смесей органического и неорганического состава, в том числе глиноцементного, при бурении скважин в качестве тампонажного материала, когда необходимо предотвратить утечку промывочной буровой жидкости из скважины в трещиноватые породы или необходимо предупредить переток воды по стволу скважины, если скважина будет вскрыта горной выработкой (Л.М.Ивачев. Промывка и тампонирование геологоразведочных скважин: Справочное пособие. - М.: Недра, - 1989. - С.213, 219-220). При этом в скважину закачивают насосами жидкий гелеобразный раствор, содержащий глинистый и цементный порошки промышленного производства с небольшими добавками структурообразователя, например, в виде жидкого стекла и других компонентов. Соотношение составных компонентов позволяет получить через 1-2 часа в стволе скважины малоподвижый слаботвердеющий материал, легкоразрушаемый при механическом воздействии.

В заявляемом способе текучий гелеобразный слаботвердеющий раствор наряду с известными функциями предотвращения утечки жидкости проявляет новое качество - служит вертикальной преградой распространению огня в виде огнестойкой стенки-завесы, сооружаемой в возгораемых отложениях природного и техногенного происхождения. Это обеспечивает получение нового технического результата - обеспечение профилактической локализации возможных очагов возгорания и повышение оперативности подавления действующих очагов путем возможности быстрого оконтуривания стенками-завесами из негорючего материала, обладающего свойствами превращаться из текучего состояния в неподвижное.

Известно использование бентонитовых глинопорошков, например, в литейном производстве в качестве связующего материала в составах формовочных и стержневых смесей и противопригарных покрытий (ГОСТ 28177-89. Глины формовочные бентонитовые. ОТУ).

Известно использование глинистого и глиноцементного составов в буровом деле в качестве основы бурового промывочного раствора и в качестве тампонажного материала для заполнения и закрытия природных трещин и других подобных каналов утечки бурового раствора, для закрепления обсадных труб, для закрепления неустойчивых интервалов, для ликвидации пробуренных скважин и для решения других подобных задач, связанных с устранением осложнений бурового процесса (1. Справочник инженера по бурению. В 2-х томах. / под ред. В.И.Мищенко, Н.А.Сидорова. М.: Недра, 1973, Т 2, С.62-85. 2. Справочник инженера-технолога по бурению глубоких скважин. / Под ред. А.Г.Калинина. - М.: Недра-Бизнесцентр, 2005. - С.355-373).

В заявляемом способе использование бентонитового глинопорошка в составе гелеобразного слаботвердеющего раствора в совокупности с другими ингридиентами в заявляемом соотношении позволяет, в отличие от известного объекта, создать в траншеях стенки-завесы из материала невысокой прочности и экологически безвредного состава, что не является помехой для дальнейшей промышленной переработки отложений.

Сопоставительный анализ показывает, что из современного уровня техники не следует очевидность заявляемого технического решения, а следовательно, это свидетельствует о соответствии заявляемого способа критерию «изобретательский уровень».

Способ осуществляется следующим образом.

При профилактической локализации возможных очагов возгорания по трассам намечаемой прокладки траншей определяют уровень критической влажности в залежи торфяника или лигнина путем глубинного зондирования, например, буровыми скважинами, с шагом, учитывающим особенности местности (рельеф, наклон поверхности, уровень грунтовых вод и т.п.). При оконтуривании действующего очага возгорания учитывают удаленность от очага: при приближении к очагу шаг уменьшают, например, до 2-5 м, при удалении от очага шаг увеличивают, например, до 10-20 м.

Прокладку траншей и заполнение их негорючим материалом производят одновременно, при этом траншеи сооружают в виде узкой щели, например, шириной 0,15-0,2 м, глубиной до уровня критической влажности с формированием вертикальной невозгораемой стенки-завесы из подаваемого в полость щели жидкого затвердевающего материала, в качестве которого используют текучий гелеобразный слаботвердеющий раствор. Щелевидные траншеи прокладывают, например, с помощью самоходного землеройного роторного кабелеукладчика или траншеекопателя с узкой баровой цепью и специальной пожарной машины с емкостью, смесительной оснасткой и подающими рукавами.

Исходными компонентами для образования гелеобразного и слаботвердеющего раствора могут служить промышленные порошкообразные материалы: бентонитовый глинопорошок (ГОСТ 28177-89) и цемент (ГОСТ 2581-85) с добавкой неорганического структурообразователя, например жидкого стекла (ГОСТ 13078-81). В качестве текучего гелеобразного слаботвердеющего раствора используют, например, раствор, содержащий цемент, бентонитовый глинопорошок, жидкое стекло и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цемент	5-10
бентонитовый глинопорошок	5-10
жидкое стекло	1,5-3
вода	остальное

При затвердевании такого раствора в траншеях образуются вертикальные плоскостные преграды в виде огнестойких стенок-завес, препятствующие распространению огня.

В лабораторных условиях были проведены исследования по выбору оптимального состава глиноцементного раствора, обеспечивающего подвижность исходного материала для заполнения щелевидной полости (в течение до 0,5 ч), низкую водоотдачу (20-40 см³ за 30 мин) в пористом материале и быстрое затвердевание с образованием жесткой структуры невысокой (0,5-1,5 МПа) прочности. Содержание цемента и бентонитового глинопорошка варьировалось в пределах от 3 до 15%, жидкого стекла от 0,5 до 8%. Проведено представительное число опытов с использованием типового лабораторного оборудования - лаборатория глинистых растворов ЛГР-3, в составе которой имеется ареометр АБР-1, прибор ВМ-6 для определения водоотдачи, прибор Вика, пластометр СНС-2, вискозиметр СПВ-5, весы и др. (Волков А.С. Машинист буровой установки. Учебное и справочное пособие.: ВИЭМС МПР России, 2003. С.445-454). Получены достоверные результаты.

Наиболее подходящими для принятых требований, а главным образом, по прочностным характеристикам, времени твердения, по текучести - по удобству заполнения траншей оказались составы, содержащие 5-10% цемента, 5-10% бентонитового глинопорошка и 1,5-3% жидкого стекла, вода - остальное.

Составы, содержащие меньшее количество компонентов, то есть менее 5% бентонитового глинопорошка, менее 5% цемента и менее 1,5% жидкого стекла, характеризовались повышенной текучестью и водоотдачей - более 50 см³ за 30 мин, большими сроками затвердевания - более 1,0 ч, и недостаточной прочностью затвердевающего материала - менее 0,3 МПа.

Составы, содержащие более высокое количество компонентов, то есть более 10% глинопорошка, более 10% цемента и более 3% жидкого стекла, характеризовались низкой текучестью и водоотдачей - менее 20 см³ за 30 мин, быстрым затвердеванием - менее 5 мин и повышенной прочностью - более 3 МПа.

На лигниновом полигоне были проведены опытно-экспериментальные работы по сооружению огнестойких стенок-завес в залежи лигнина. Глубинным зондированием был установлен уровень критической влажности на глубине 0,8-0,9 м. Опытная траншея длиной 2 м и шириной 0,25 м была выкопана на глубину 1 м и заполнена методом заливки текучим раствором в количестве 500 л, содержащим 30 кг (6 мас.%) бентонитового глинопорошка ГОСТ 28177-89 Черногорского бентонитового завода (Хакассия), 30 кг (6 мас.%) цемента ГОСТ 2581-85 Ангарского (Иркутская область) цементного завода, 10 кг (2 мас.%) жидкого стекла общепромышленного назначения (ГОСТ 133078-81).

Через 10-15 мин гелеобразный раствор загустел и приобрел малоподвижное нетекучее состояние, а через 3,5 часа затвердел, образовав достаточно устойчивую монолитную стенку с прочностью на сжатие 0,8-2,2 МПа. При механизации процесса прокладки узкой (15-20 см) траншеи путем использования барового кабелеукладчика и механизации процесса смешивания минеральных компонентов путем использования пожарного автосмесителя с гидроворонкой можно ускорить сооружение огнестойких стенок-завес ориентировочно до 60 м/час. Полученные результаты подтвердили реальность и перспективность указанных работ для предотвращения возможного распространения огня на возгораемых отложениях материала, подобного лигнину и торфу.

Таким образом, решается важная задача по снижению вероятности распространения пожара в торфяниках, отложениях лигнина и других подобных отходах деревоперерабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности.

1. Способ предотвращения возгорания и распространения горения торфяников и залежей лигнина, включающий прокладку в торфяном пласте или пласте лигнина траншей, заполнение их негорючим материалом, отличающийся тем, что перед прокладкой траншей по их линии определяют уровень критической влажности торфяника или лигнина путем глубинного зондирования, а прокладку траншей и заполнение их негорючим материалом производят одновременно, при этом траншеи прокладывают в виде щели глубиной до уровня критической влажности с формированием невозгораемой стенки-завесы из подаваемого в них негорючего материала, в качестве которого используют текучий гелеобразный слаботвердеющий раствор.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что щелевидные траншеи прокладывают, например, с помощью землеройного роторного кабелеукладчика с баровой цепью.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что определение уровня критической влажности торфяника или лигнина проводят с шагом, обусловленным удаленностью от очага возгорания - с уменьшением шага вблизи от очага возгорания, например, 2-5 м, и с увеличением шага вдали от него, например, до 10-20 м.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве гелеобразного слаботвердеющего раствора используют раствор, составленный из минеральных компонентов, например, на основе глины и цемента с добавкой неорганического структурообразователя, например жидкого стекла.

5. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что в качестве текучего гелеобразного слаботвердеющего раствора используют состав, содержащий бентонитовый глинопорошок, цемент, жидкое стекло при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цемент	5-10
Бентонитовый глинопорошок	5-10
Жидкое стекло	1,5-3
Вода	Остальное