Модель развития торфяного пожара

Независимо от причин возникновения загорания различают три стадии развития торфяного пожара:

первая – характеризуется загоранием малой площади (1-2 м²) с малой скоростью горения и низкой температурой горения, а также незначительной температурой и небольшой запыленностью окружающей среды. Продолжительность стадии зависит от влагосодержания торфа, скорости ветра, температуры и влажности воздуха;

вторая – характеризуется увеличением площади горения и высоты факела из-за усиления процесса разложения и испарения горючих веществ. При этом происходит разбрасывание искр по направлению ветра до 50 м, что значительно увеличивает площадь горения (до несколько сот квадратных метров). Одновременно повышается температура окружающей среды и усиливается действие лучистой энергии, дым распространяется на большие расстояния;

третья – характеризуется большой площадью горения (несколько сот гектаров), высокой температурой в зоне горения и окружающей среды, сильными конвективными потоками и большой задымленностью, прилегающей территории, которые значительно затрудняют тушение торфяного пожара и вызывают необходимость привлечения большого количества людей и техники.

Очевидным фактом является то, что обнаружение, локализацию и тушение загорания на полях добычи торфа предпочтительно осуществлять на первой стадии развития.

Рис 2.1. Схема к расчету площадей пожара: 1 – место загорания; 2 – площадь, занятая пожаром в момент обнаружения; 3 – площади локализации пожара

 

 

В реальных условиях основным механизмом распространения пожара на производственных площадях является перенос тлеющей торфяной крошки и искр под действием ветра. Площадь пожара чаще приобретает угловую форму с расширением по направлению ветра. Условно выделяют четыре направления развития пожара (рис. 2.1):

головное – основной фронт движущегося огня по направлению ветра с наибольшей скоростью;

два боковых – фланговые направления с замедленным поступательным движением в стороны от головного направления;

тыловое – медленно развивающееся в сторону, противоположную направлению ветра.

Для принятия обоснованных организационных и технических мероприятий по локализации и тушению пожара на практике нужны количественные показатели, которые с достаточной точностью характеризуют параметры возникшего загорания.

За основу теоретического обоснования количественных показателей исследователями /3/ принята модель развития пожара по сектору круга, в которой площадь, занятая пожаром, может быть вычислена по формуле

(2.1)

где - радиус круга, м; центральный угол сектора, занятого пожаром, градус.

Значение радиуса круга можно определить по выражению

,

где - скорость распространения пожара, м/мин; - продолжительность пожара, время, прошедшее от возникновения пожара до момента, при котором определяется площадь пожара.

После подстановки значения в выражение 2.1, площадь, занятая пожаром, вычисляется как

.

На основании многолетних наблюдений и обработки статистических данных по развитию торфяных пожаров М. А. Чулюковым установлены эмпирические зависимости скорости движения огня при скорости ветра от 4 до 14 м/с и скорости распространения пожара при скорости ветра от 6 до 20 м/с (табл. 2.1).

Используя теоретическую модель развития пожара и эмпирические закономерности табл. 2.1, с достаточной точностью можно вычислить площади локализации, на которых необходимо создать условия, исключающие загорание торфа, а также прогнозировать развитие пожара (табл. 2.2).

 

 

Таблица 2.1

Наименование	Обозначение	Единицы измерения	Метод определения
1.Скорость движения огня:	V	м/с
Для очеса влажностью до 22%
для кускового торфа влажностью до 25%
Слой фрезерного торфа влажностью до 31%
2.Дальность переброски искр:	L	м
Для очеса влажностью до 22%
для кускового торфа влажностью до 25%
Слой фрезерного торфа влажностью до 31%
3.Скорость распространения пожара	VП	м/мин
4.Центральный угол развития пожара	Α	град

 

Таблица 2.2

Зависимость роста площади пожара от скорости ветра

Скорость ветра, Vв, м/с	Скорость распространения пожара Vп, м/мин	Площадь пожара (га) после его возникновения через время (τТ), ч
	3,56	1,55	6,22	14,0	24,9	38,9	56,0	76,3	99,6	126,1	155,7
	6,33	4,26	17,0	38,4	68,2	106,6	153,5	208,9	272,9	345,4	426,4
	9,90	8,80	35,2	79,3	140,9	220,2	317,1	431,7	563,8	713,6	880,9
	14,2	14,9	59,8	134,5	239,1	373,6	538,0	732,3	956,5
	19,4	21,5	86,1	193,8	344,6	538,4	775,3
	25,3	26,2	105,0	236,2	419,9	656,1	944,7

τ_Т - текущее время развивающегося пожара после его обнаружения.

Площадь локализации по фронту

, м² , (2.3)

где - радиус наружного круга, м, ; - радиус внутреннего круга, м, ; - время от начала возникновения пожара до начала локализации его; - время локализации пожара; - ширина локализации по фронту пожара.

Подставив в уравнение 2.3 величины R и r, после преобразования получим выражение площади локализации по фронту пожара

F_л.ф.= 0,00873·α.·Х₁ ·[2·V_п·(τ+τ₁)-Х₁],

τ= τ₁+ τ₂ +τ₃ ,

где τ₁ - время, прошедшее от начала пожара до извещения о нем, зависит от условий наблюдения за полями и способа сообщения о возникновении загораний; τ₂ – время, необходимое для сбора людей и доставки к месту пожара средств пожаротушения; τ₃ - время, необходимое для боевого развертывания техники и средств пожаротушения.

τ_л = Х/V_п = (Х₁+Х₂)/ V_п,

где Х₂ – расстояние от линии горения (пожара) до полосы заграждения распространения пожара, зависит от скорости распространения пожара и от времени создания заградительной полосы. Площадь локализации пожара по флангам определяется как сумма двух площадей прямоугольников

F_л.ф.= 2·а·r=2·a·[V_п· (τ+τ_л) - Х₁],

где а – ширина площади локализации пожара по флангам

а= Х₁· SIN · (α/2)

Анализ теоретической модели развития пожара показывает, что быстрое обнаружение торфяного пожара – необходимая предпосылка эффективной борьбы с ним. При хорошо налаженном наблюдении и информации о возникновении пожара большинство очагов загорания ликвидируются на первоначальной стадии с минимальным ущербом.

Возможные способы обнаружения торфяных пожаров приведены в табл.2.3.