Процедуры тушения и/или предотвращения распространения торфяных пожаров

Заявленное изобретение относится к способу тушения и предотвращения подземных торфяных пожаров. Способ тушения и/или предотвращения распространения торфяного пожара включает следующие этапы: выкапывание канавы по периметру участка возникшего или вероятного пожара; заполнение этой канавы сверхпоглощающими полимерами. При этом для полного или частичного набухания полимер постоянно обрабатывают водой в последовательных резервуарах или в специальном центре и перевозят автоцистерной к месту засыпания. После чего набухший полимер засыпают в канаву. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Подземные торфяные пожары - обычное явление во многих странах, таких как Россия, Индонезия, Финляндия, Канада, Швеция и Норвегия.

Действительно, торф покрывает значительные площади. Например: 1,1 млн км² в Канаде, 750000 км² в Советском Союзе, 263000 км² в Индонезии.

Причины этих торфяных пожаров различны:

- лесные пожары, распространяющиеся в почву;

- молнии, поджигающие растения;

- самовозгорание складов торфа, предназначенного для различного применения (как топливо, источник торфяного кокса, удобрение и др.);

- внутреннее самовозгорание при очень сухой погоде;

- случайные пожары или поджоги, особенно пожары на пахотных землях.

Эти торфяные пожары типичны для периода с позднего лета до ранней осени, особенно в засушливые годы (как 1972 в России). Торф на поверхности высыхает и прогревается из-за ферментации и самоокисления.

Толщина торфяных пластов в почве может быть различной в зависимости от слоя:

- верхняя минеральная почва (0-1 м);

- гумус (0,2-0,3 м);

- не до конца разложившийся белый торф (0,8-1,50 м);

- полностью разложившийся черный торф (0,8-4 м);

- непромокаемый шлам и песок.

В большинстве случаев толщина варьируется от 1 до 5 метров.

Учитывая площади поверхности, многие города, поселки и отдельные дома строятся на участках, содержащих торф. При закладывании фундамента зданий из минеральной почвы изымается слой торфа.

Иногда из-под свай не убирают торф, и это представляет огромную опасность.

Наконец, участки зеленых насаждений в городах и вокруг них не учитываются, таким образом возникает вероятность распространения торфяных пожаров вплоть до жилых районов.

Бороться с торфяными пожарами очень трудно. Чаще всего с помощью экскаваторов выкапываются рвы, куда пожарными шлангами выводят огонь. Однако зачастую эти канавы оказываются недостаточно глубоки и огонь проходит под ними.

Это глубокие слои с большим содержанием асфальта, очень герметичные, поэтому вода не проникает сквозь них и пожар распространяется свободно.

Вода подается под давлением от 2 до 6 бар на близповерхностные участки пожара. Для этого используют стержни от 1 до 1,50 м, двигая напорные трубы. Таким образом, можно тушить только небольшие и близповерхностные пожары.

В других случаях пробуют ввести максимальное количество воды, в которую добавлены поверхностно-активное вещество (нефтяной сульфонат) и ингибитор горения (фосфаты).

Во всех случаях распространение воды в глубинных гидрофобных слоях почвы и полное тушение пожара очень затруднено. Иногда встречаются участки с трещинами, через которые вода проходит, не увлажняя слой.

Только в 2010 г. в России произошли крупные торфяные пожары, которые так и не удалось полностью погасить.

Таким образом, встает задача разработать способ предотвращения распространения торфяных пожаров и защиты городов или отдельных зданий, который служил бы как профилактикой, так и экстренной мерой в случае возгорания. Эта мера должна отличаться быстротой и максимальной экономичностью, чтобы ее можно было принимать постоянно.

С этой целью заявитель разработал способ, позволяющий побороть все вышеуказанные сложности за счет использования сверхпоглощающих со(полимеров), или СПП, способных к значительному набуханию в воде. По своей природе эти полимеры являются сшитыми. Существуют сополимеры, тройные полимеры и др., а также их смеси. Основной их характеристикой является высокая способность к набуханию в водных средах.

Сверхпоглощающие полимеры хорошо известны в области тонкого органического синтеза. Их обычная форма - порошок. В основе их структуры лежит трехмерная сетка, аналогичная совокупности небольших лунок, каждая из которых подвержена деформации и поглощению воды. Благодаря этому они способны абсорбировать огромные количества воды и за счет этого набухать. Такие полимеры описаны, например, в патенте FR 2559158, который касается сшитых полимеров акриловой и метакриловой кислоты, сшитых графтполимеров полисахаридов и акрила или акриловой кислоты, сшитых тройных полимеров акриловой или метакриловой кислоты/акриламида/сульфонированного акриламида и их соли щелочных и щелочно-земельных металлов.

Как уже сказано, основной характеристикой этих полимеров является высокая способность к набуханию в водных средах. Они могут абсорбировать и удерживать огромные количества воды - более чем в 100 раз превышающие их по массе. Они нашли широкое применение в сельском хозяйстве для удержания воды в почве, в гигиенических средствах для младенцев для впитывания мочи и других аналогичных областях.

Выявлено, например, что сшитые полиакриламидные СПП поглощают объем воды в 100-250 раз больше собственного в зависимости от содержания солей. Поэтому они являются чрезвычайно эффективными теплоизоляторами.

Иными словами, изобретение касается способа тушения и/или предотвращения распространения торфяных пожаров, который включает:

- выкапывание канавы по периметру участка возникшего или вероятного пожара;

- заполнение канавы (хотя бы частичное) одним или несколькими сверхпоглощающими (со)полимерами (СПП).

В первом варианте СПП должны частично или полностью набухнуть, т.е. перед заполнением канавы их предварительно смешивают с водой, которую они абсорбируют.

СПП должны частично или полностью набухнуть. Полностью набухшие СПП характеризуются тем, что все небольшие лунки трехмерной сетки до предела наполнены водой, т.е. до уровня, когда при добавлении новой воды СПП ее не абсорбируют.

Таким образом, изобретение заключается в использовании сверхпоглощающих полимеров в качестве теплоизолятора, для чего частично или полностью набухшими СПП заполняют канаву. Такие частично или полностью набухшие СПП называются "твердой водой", поскольку содержание воды в них может достигать 99%.

Выкапывание канав траншейным экскаватором можно производить с большой скоростью, особенно в рыхлых почвах, со скоростью 5 км/ч в зависимости от ширины и глубины.

Траншейные экскаваторы делятся на несколько типов:

- колесные траншейные экскаваторы (фиг. 1), позволяющие выкапывать канавы до 1,20-1,50 м глубиной и при этом довольно узкие: 10-20 см;

- гусеничные экскаваторы (фиг. 2, 3 и 4), способные выкапывать канавы до 8 метров глубиной в рыхлых почвах. Ширина таких канав зависит от жесткости ковша, минимальная варьируется от 20 до 40 см. С помощью некоторых экскаваторов можно выкапывать траншеи до 1 м и более.

На практике ширина канавы составляет от 20 до 40 см. Чем меньше ширина, тем лучше, поскольку это снижает расход сверхпоглощающего полимера. Ширину можно определить специальными испытаниями.

Траншейные экскаваторы могут обладать различными конструкциями и характеристиками мощности: от 50 до 1500 л.с, в зависимости от типа грунта (суглинок, каменистый грунт, известняк, скальные породы и т.д.), глубины и ширины канавы. Их широко применяют в сельском хозяйстве для закапывания оросительных трубопроводов. Эти канавы можно наполнить водой. К сожалению, в этом случае вода впитывается в почву, а стенки канавы оседают.

В случае с торфом, 20-40 см слоя частично или полностью набухшего сверхпоглощающего полимера достаточно для предотвращения распространения пожара.

Некоторые траншейные экскаваторы оснащены ленточным конвейером для извлечения выкапываемого грунта. Что касается торфа, его очень важно извлечь и во избежание самовозгорания хранить в условиях повышенной влажности.

Во втором варианте СПП не обрабатывают предварительно водой, а заполняют канаву ими и водой по отдельности. Таким образом, канаву заливают водой до или после засыпания в нее СПП, в результате чего полимеры частично или полностью набухают уже в канаве. При небольшой глубине канавы (1 м) и малой рыхлости ее стенок, полимер можно поместить на дно и залить водой. В этом случае предпочтительны более крупные частицы (менее 4 мм), обеспечивающие лучшее распределение воды и при этом достаточно долгое время набухания.

С успехом можно применять следующие группы полимеров:

- сшитые полимеры, полученные полимеризацией акриламида и акриловой кислоты, атомы водорода которой частично или полностью замещены (предпочтительно катионами натрия);

- сшитые полиакриловые кислоты, атомы водорода которой частично или полностью замещены (предпочтительно катионами натрия).

Предпочтительнее всего вариант использования сшитых полимеров акриламида и акриловой кислоты, атомы водорода которой частично или полностью замещены, и содержащих 40-90 моль-% акриламида и 10-60 моль-% акриловой кислоты и/или ее соли.

В отдельных случаях, СПП - это терполимер, полученный полимеризацией акриламида и/или акриловой кислоты или 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты, атомы водорода которых частично или полностью замещены, и/или N-винилпирролидона. Для эффективности способа содержание 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и/или N-винилпирролидона составляет приблизительно 10 моль-%.

Полимеры можно получать и из других гидрофильных, а также гидрофобных мономеров.

Сополимеры сшиты специальным агентом в количество 100-6,000 частиц на млн, выбранным из группы, включающей акрил (метилен-бис-акриламид), аллил (тетраллиламмония хлорид), винил (дивинилбензол), диэпоксид, соединения солей металлов и др.

Эти полимеры сохраняют свою структуру в почве в течение нескольких лет.

Стабильность можно улучшить двойным сшиванием акриловым агентом, желательно при 100-1000 частиц на млн и аллиловым агентом, желательно при 1000-5000 частиц на млн, например МБА (метилен-бис-акриламидом) и тетраллиламмония хлоридом, которые продлевают стабильность СПП на более чем 5 лет. Кроме того, набухание уменьшается прямо пропорционально объему, занимаемому полимером в канаве.

При работе с очень кислыми средами перед обработкой сверхпоглощающего полимера водой его можно смешать с 10-20% кальция карбонатом и натрия карбонатом. Кальция карбонат более предпочтителен, поскольку он не снижает степень набухания СПП.

Кроме того, в полимер могут быть добавлены вещества, повышающие пожаротушительные свойства воды. Это могут быть, например, фосфаты, аммиак, бикарбонат (калия, например), мочевина и др. Следует учитывать, что диссоциация солей в воде снижает степень набухания. Поэтому предпочтительно использовать мочевину.

Что касается материального обеспечения канав, необходимо установить платформы для проезда транспорта, равномерно распределяющие нагрузку по обеим сторонам.

Кроме того, в случае уменьшения объема можно досыпать предварительно обработанный водой сверхпоглощающий полимер с помощью, например, автоцистерны, оснащенной нагнетательным насосом типа Moineau.

Конкретнее, сверхпоглощающий (со)полимер обрабатывается водой в специальном центре и перевозится в цистерне на место засыпания.

Чтобы адаптировать оборудование к местным условиям, специалисты могут различным образом модифицировать этот метод борьбы с торфяными пожарами.

В частности, можно заранее организовать такие канавы вокруг городов, промышленных предприятий, энергогенераторов или отдельных домов.

Кроме того, можно остановить пожары, вырыв канавы на расстоянии, рассчитанном с учетом скорости распространения этих пожаров.

Крупные участки можно разделять с помощью таких канав.

В случае с торфяными пожарами, происходящими на небольшой и средней глубине, можно ускорить рытье канав до 20 км/ч, наполнить их водой на каждом участке и в несколько этапов (для равномерности набухания) добавить порошок сверхпоглощающего полимера. Необходимо провести местные испытания, чтобы определить оптимальные условия, в частности, сопротивление стенок.

При большой площади участков можно разработать специальное оборудование, наиболее подходящее для данного типа работ (если грунт отличается рыхлостью, или при низком энергопотреблении).

Разумеется, во всех случаях крайне важно избавить площадку (шириной в несколько метров) для канав от возможных препятствий (упавших деревьев, корней растений).

Данное изобретение также относится к установке для осуществления описанного выше способа, включающего:

- средства рытья канав по периметру участка возникшего или вероятного пожара;

- средства хранения сверхпоглощающего (со)полимера;

- средства введения сверхпоглощающего (со)полимера в канаву.

В предпочтительном варианте СПП должны быть обработаны водой для частичного или полного разбухания перед заполнением ими канавы.

При этих условиях установка должна также включать:

- средства дозирования сверхпоглощающего (со)полимера;

- средства дозирования воды;

- средства смешивания сверхпоглощающего (со)полимера;

- средства нагнетания частично или полностью набухшего сверхпоглощающего полимера;

- средства введения частично или полностью набухшего сверхпоглощающего (со)полимера в канаву.

Удачнее всего, когда средство смешивания воды и полимера состоит из двух последовательных резервуаров. Таким образом, обеспечивается непрерывное и равномерное набухание сверхпоглощающего полимера.

Данное изобретение и его преимущества хорошо проиллюстрированы в нижеследующем примере, к которому приложены фигуры.

На фигуре 1 представлен колесный траншейный экскаватор.

На фигурах 2, 3 и 4 представлены гусеничные траншейные экскаваторы для различных вариантов реализации.

На фигуре 5 представлена установка, соответствующая предпочитаемому варианту реализации изобретения.

На фигуре 1 представлен колесный траншейный экскаватор, позволяющий выкапывать канавы до 1,20-1,50 м глубиной и при этом довольно узкие (около 10-20 см).

На фигурах 2, 3 и 4 представлены гусеничные экскаваторы, позволяющие выкапывать канавы до 8 метров глубиной в рыхлых почвах. Ширина таких канав зависит от жесткости ковша, минимальная варьируется от 20 до 40 см. С помощью некоторых экскаваторов можно выкапывать траншеи до 1 м и более.

На фигуре 5 представлена установка для реализации определенного варианта изобретения.

Троншейный экскаватор (см. фиг.5 - (1)) выкапывает канаву и переносит грунт в грузовик (2). Сзади грузовик (3) вводит набухшие СПП в канаву с помощью нагнетательного насоса типа Moineau (4). На грузовике есть бункер (5) с полимером, завинчивающийся дозатор (6), две цистерны с мешалками для обработки полимера водой (7), где СПП набухает. За вторым грузовиком (3) расположен третий (8), подающий воду через клапан и трубопровод (9), соединяющий грузовик (8) и цистерны для обработки полимера водой (7).

В некоторых случаях можно использовать ряд прицепов (в т.ч. прицеп для обработки водой, прицеп с полимером и прицеп с водой), буксируемых мощным трактором. Разумеется, конструкция этого оборудования зависит от необходимого комплекса работ.

Для наполнения канавы шириной 20 см и глубиной 4 м необходимо 800 л (со)полимера на метр, из которых (наполнителя твердой воды) 782 литра воды и 8 кг полимера. Время набухания зависит от размера частиц полимера. Для полимера с размером частиц менее 1 мм необходим приблизительно 1 час. Иногда предпочтительнее использовать полимер с большим размером частиц (до 4 мм) с большим временем набухания (приблизительно 3 часа). Можно вводить сополимеры, которые набухли не полностью. Процесс набухания заканчивается в канаве, куда дополнительно добавляется вода.

При наличии грузовика на 20 м³ воды можно обработать канаву длиной от 20 до 40 метров в зависимости от глубины и ширины. Поэтому в этом случае необходимо значительное количество грузовиков с водой.

5-тонный контейнер с полимером позволит обработать 600 метров канав, а 20-тонный грузовик - 2500 метра.

Специалист может адаптировать эту базовую установку к местным условиям.

1. Способ предотвращения распространения торфяных пожаров, включающий этапы, на которых:
- выкапывают канаву по периметру участка возникшего или вероятного пожара;
- заполняют эту канаву (хотя бы частично) одним или несколькими сверхпоглощающими (со)полимерами (СПП),
отличающийся тем, что для полного или частичного набухания полимер постоянно обрабатывают водой в последовательных резервуарах и перевозят автоцистерной к месту засыпания, после чего его засыпают в канаву.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ширина канавы составляет 20-40 см.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что глубина канавы составляет до 8 м.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сверхпоглощающий (со)полимер выбирается из числа следующих:
- сшитые полимеры, полученные полимеризацией акриламида и акриловой кислоты, атомы водорода которой частично или полностью замещены (предпочтительно катионами натрия);
- сшитые полиакриловые кислоты, атомы водорода которой частично или полностью замещены (предпочтительно катионами натрия).

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сверхпоглощающий (со)полимер подвергается двойному сшиванию акриловым агентом при 100-1000 частиц на млн и аллиловым агентом при 1000-5000 частиц на млн.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что из акриловых сшивающих агентов используется МБА (метилен-бис-акриламид), а из аллиловых - тетраллиламмония хлорид.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сверхпоглощающий (со)полимер - сшитый полимер акриламида и акриловой кислоты, атомы водорода которой частично или полностью замещены, и содержащий 40-90 моль-% акриламида и 10-60 моль-% акриловой кислоты и/или ее соли.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сверхпоглощающий (со)полимер смешан с 10-20% кальция или натрия карбоната.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в воду добавлены соединения, повышающие ее пожаротушительные свойства, такие как фосфаты, бикарбонаты, мочевина.

10. Установка для реализации одного из вариантов способа по п. 1, которая содержит:
- средство рытья канав по периметру участка вероятного пожара;
- средство хранения сверхпоглощающего (со)полимера;
- средство смешивания воды и сверхпоглощающего полимера;
- средство введения сверхпоглощающего (со)полимера в канаву.

11. Установка по п. 10, которая дополнительно содержит:
- средство дозирования сверхпоглощающего (со)полимера;
- средство дозирования воды;
- средство нагнетания частично или полностью набухшего сверхпоглощающего полимера;
- средства введения частично или полностью набухшего сверхпоглощающего (со)полимера в канаву.