Трансформация и анализ информации по исследованию пожароопасных свойств древесных материалов и закономерностей их горения в присутствии горючих жидкостей

Пожары причиняют существенный социальный, экономический и экологический ущерб обществу. Особую опасность, в силу их криминального характера, представляют поджоги, В последние годы перед 1 осу дарственной противопожарной службой и правоохранительными органами Российской Федерации всё острее встает проблема борьбы с пожарами и поджогами и их расследованием. Распространенной причиной пожара строительного объекта является его умышленный поджог.

Раскрытие и расследование преступлений, связанных с поджогами, относится к наиболее сложной категории дел, требующих квалифицированного осмотра места происшествия с участием пожарно-технических специалистов, использования юридических и специальных знаний в области противопожарной техники и безопасности, пожарно-технической экспертизы, криминалистической техники [1, 2]. Такой комплексный и системный подход всех служб, в том числе и оперативных, принят сейчас во всех ведущих экономически развитых странах мира [3, 4, 5, 6].

Поджоги совершаются в основном с целью получения страхового возмещения, для запугивания или экономического ослабления конкурентов, из хулиганских побуждений, из мести, а также с целью сокрытия следов других преступлений. Вероятность раскрытия других преступлений после пожара. уничтожающего, по мнению злоумышленника, все следы, значительно сокращается, а порой действительно сводится на нет.

По данным статистики учета пожаров МЧС РФ в России ежегодно совершаются 13−15 тыс. поджогов, а ущерб от них достигает около 1.8 млрд руб. в год. В общем числе причин пожаров поджоги составляют около 7%, однако ущерб от них достигает 15−20% всех материальных потерь от пожаров [7].

В странах Западной Европы, США и Канаде, развитых странах Востока поджоги явно выделяются среди прочих причин пожаров [8]. В США ежегодно совершаются около 500 тыс. пожаров, причиной которых в 70−80% является человек, и где в большинстве случаев причиной является поджог, а убытки от них достигают в среднем около 1 млрд дол. в год [9] .Вместе с ростом популярности поджогов среди криминальных элементов, растет и мастерство поджигателей, совершенствуются их методы, применяются новые поджигающие вещества. С этим связана необходимость соответствующего прогресса в технико-криминалистическом обеспечении работы пожарных специалистов и экспертов криминалистов. В большинстве случаев для инициирования и ускорения пожара здания используют легковоспламеняющиеся и горючие жидкости [10].

Актуальность данной диссертационной работы определяется тем. что проблема расследования поджогов зданий самого различного назначения, до сегодняшнего дня решена еще далеко не полностью. Обнаружение на месте пожара следов горючих жидкостей является одним из главных, хотя, разумеется, не единственным квалификационным признаком умышленной причины возникновения пожара. Современное технико-методическое обеспечение расследования поджогов часто выдвигает указанный признак на первый план. А сочетание данного условия со множественностью первичных очагов пожара, быстрой динамикой развития пожара и выявлением в ряде случаев устройств и приспособлений для поджога позволяет считать поджог, как причину пожара доказанной.

При расследовании причин поджогов необходимо уметь отслеживать содержание в объектах наряду с большими визуально фиксируемыми количествами горючих жидкостей в виде лужиц, промасленных материалов, остро пахнущих предметов, также и их следовых количеств. Последняя задача гораздо сложнее, и имеющиеся методы ее разрешения дают подчас неоднозначные результаты. Малые содержания горючих жидкостей неизбежно подразумевают их целостность с системой объекта носителя, что делает неприемлемым применение для их изучения частных методик исследования объемных количеств горючих жидкостей, а требует использования системного подхода и эвристических методов познания [11, 12]. Это определяется, во-первых, крайней ограниченностью исследуемого материала, во вторых, мешающим влияниемна результаты анализа органических компонентов объектов носителей, общая масса которых в этом случае становится соизмеримой с количеством инородных горючих жидкостей.

В связи с этим приобретает большое значение изучение состава и свойств, входящих в объекты носители органических соединений. В зданиях и сооружениях имеется большое число и разнообразие подобных объектов. Ими могут быть древесные материалы, ткани, синтетические и искусственные полимерные материалы и т. д. Появление в последние годы большого ассортимента новых строительных и отделочных материалов существенно усложняет решение данной задачи.

В решении ее важнейшим и центральным звеном является выявление устойчивых характеристик равновесного состояния систем, или как припято говорить их фоновых параметров. Без наличия знаний о фоновых характеристиках изучаемых объектов, в частности, о составе и свойствах входящих в них органических соединений невозможно зафиксировать отклонение систем от нормы. Такие отклонения могут носить двоякий характер. С одной стороны, изменения состава органических компонентов могут быть закономерно связаны со степенью термического воздействия на тот или иной материал на пожаре. Выявленные при этом показатели можно использовать в качестве очаговых признаков пожара, то есть зон с большей или меньшей степенью термического преобразования материалов на пожаре. С другой стороны, наличие занесенных извне горючих жидкостей приходится фиксировать на фоне потенциально мешающего влияния экстрактивных органических компонентов объектов носителей.

Методические сложности при анализе следов ЛВЖ и ГЖ помимо малых количеств анализируемых веществ, дополнительно обусловлены теми изменениями, которые претерпевают горючие жидкости под влиянием разрушительного теплового воздействия пожара.

Мощный прогресс аналитического приборостроения и внедрение в эту область современных компьютерных технологий дают возможность решать задачи по установлению причин пожаров на качес твенно новом уровне [13].

Несмотря на относительно большое число отдельных методических разработок, посвященных изучению остатков веществ, которые могут быть использованы в качестве инициаторов горения, до сих пор при проведении пожарно-технических экспертиз далеко не все диагностические и идентификационные задачи успешно разрешаются.

Все это делает актуальной поставленную научную задачу повышения эффективности установления причин пожаров на строительных объектах, совершаемых путем поджогов с применением горючих жидкостей.

Целью диссертационной работы является совершенствование методов исследования свойств строительных материалов и закономерностей их горения в присутствии горючих жидкостей.

Объекты исследования — строительные и отделочные материалы органической природы, составляющие конструктивные элементы зданий и сооружений и предметов интерьера, легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, использующиеся в качестве инициаторов горения при поджогах.

Предмет исследования ——- свойства строительных и отделочных материалов и свойства горючих жидкостей, изменяющиеся в процессе горения под воздействием горючих жидкостей.

В задачи исследования входило.

1. Разработать методику выявления очаговых признаков пожара на основе исследования люминесцентных свойств строительных и отделочных материалов.

2. Разработать методику экспрессной количественной оценки содержания инородных горючих жидкостей в пористых материалах.

3. Провести качественную диагностику после пожара остатков горючих жидкостей в объеме строительных и отделочных материалов различной природы.

4. Разработать методику кластерного анализа статистических данных об остатках горючих жидкостей в строительных и отделочных материалах.

Методы исследования. Лабораторное моделирование, молекулярная люминесценция, методы математической статистики, в частности методы кластерного анализа.

Научная новизна.

1. Предложена методика выявления очаговых признаков пожара, основанная на особенностях люминесцентных свойств органических компонентов строительных материалов, меняющихся в результате термического воздействия пожара.

2. Установлены аналитические параметры экспрессной количественной оценки содержания инородных горючих жидкостей в пористых строительных и отделочных материалах.

3. Показана возможность диагностики следовых количеств горючих жидкостей в объеме строительных и отделочных материалов различной природы, подвергнутых тепловому воздействию пожара.

4. Представлена методика кластерного анализа статистических данных об остатках горючих жидкостей в строительных и отделочных материалах, позволяющая на основании имеющихся экспериментальных данных спектрального устанавливать принадлежность к наличию инородных жидкостей в материалах.

Практическая значимость работы.

Внедрение методов выявления очаговых признаков на основе особенностей поведения на пожаре органических компонентов строительных и отделочных материалов и методики диагностики следов горючих жидкостей, обнаруживаемых на материалах, составляющих пожарную нагрузку зданий и сооружений, повышает качество и эффективность расследовании пожаров.

Результаты работы используются в экспертных органах МЧС России для повышения эффективности и достоверности проведения судебных экспертиз по делам о пожарах.

Основные положения работы используются в учебном процессе Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России при проведении занятий по дисциплинам «Расследование пожаров», «Пожарно-техническая экспертиза».

Достоверность научных положений и выводов диссертации, подтверждается данными экспериментальных исследований по изучению горючих жидкостейпродуктов их термического преобразованияорганических компонентов материальных объектов пожарной нагрузки зданий и сооружений в их исходном виде и после термического воздействия, а также использованием современных методов математической статистики.

На защиту вынося гея следующие основные научные результаты:

1. Методика выявления очаговых признаков пожара, основанная на особенностях люминесцентных свойств органических компонентов строительных материалов, меняющихся в результате термического воздействия пожара.

2. Способ количественной оценки содержания инородных горючих жидкостей в пористых строительных и отделочных материалах.

3. Диагностика следовых количеств горючих жидкостей в объеме строительных и отделочных материалов различной природы, подвергнутых тепловому воздействию пожара.

4. Методика кластерного анализа статистических данных об остатках горючих жидкостей в строительных и отделочных материалах.

Апробация работы. Основные научные результаты исследования докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры криминалистики и инженерно-технических эксперта? Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России, на научно-пракгических конференциях:

Реализация и внедрение результатов работы.

Результаты диссертации внедрены в деятельность ГУ МЧС России по Санкт-Петербургу и в учебный процесс кафедры криминалистики и инженерно-технических экспертиз Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России.

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 5 печатных статей, в том числе 1 — в журналах, рекомендуемых ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы (111 наименований). Общий объем работы составляет 114 страниц печатного текста, содержит 27 рисунков, 4 таблицы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В работе оценена пожарная опасность чрезвычайных ситуаций, связанных с насильственным занесением горючих жидкостей в здания и сооружения с целью их поджога.

Предложена комплексная методика экспертного исследования следов горючих жидкостей, обнаруживаемых в строительных объектах. Методика использует спектральное изучение эксфактивных органических соединений объектов, изымаемых на местах пожаров во внутренних помещениях зданий.

Для объективного выявления наличия горючих жидкостей на фоне мешающего влияния органических соединений, входящих в состав конструкционных элементов зданий и сооружений, а также предметов интерьера, получены фоновые аналитические параметры состава экстрагируемых компонентов объектов носителей. Создана база данных, но составу и спектральным характеристикам экстрагируемых органических соединений древесных материалов, составляющих пожарную нагрузку зданий в их исходном виде и после термического воздействия.

Прослеживание изменения состава экстрагируемых органических соединений по мере увеличения степени прогрева образцов позволило выявить особенности поведения древесных материалов на пожаре. Установлено, что заметные фиксируемые изменения в спектральных характеристиках экстрактов изученных материалов начинают происходить уже на стадии прогрева до 100 °C. Эти изменения носят как качественный, так и количественный характер. Данные результаты позволяют ввести в практику расследования пожаров новую группу очаговых признаков пожара.

Температурный диапазон получения информации о поведении на пожаре древесных материалов на основании спектрального изучения их экстрактивных компонентов начинается при температурах от 100 °C и распространяется до температур 300³⁵⁰ °С. Этот температурный интервал практически не изучается другими инструментальными методами выявления очаговых признаков.

Установленныеочаговые признаки могут быть отнесены к признакам направленности распространения горения на участках удаленных от места первоначального возникновения горения. Они могут дать очень ценную информацию о путях распространения тепловых потоков в помещениях, смежных с зоной горения.

Кроме того, по степени термического воздействия на тот или иной конструктивный элемент пожарной нагрузки зданий можно судить о возможности его дальнейшей эксплуатации.

Внедрение методов выявления очаговых признаков, основанные на изучении спектральных характеристик экстрактов древесных материалов, повышает достоверность установления очага пожара.

В работе проведено изучение и сопоставление параметров эффективной пористости строительных материалов (по нефтенонасыщаемости) и относительной сохранности в них горючих жидкостей (по флуоресценции Уайт-спирита), на основании которого даются практические выводы, касающиеся объективности получаемых результатов при исследовании горючих жидкостей, находящихся в объектах носителях на местах возможных поджогов. Показано, что исходя из позиций сохранности ЛВЖ в объектах, составляющих пожарную нагрузку зданий и сооружений наиболее качественные результаты можно получить при диагностике инициаторов горения в пористых материалах.

В плотные древесные материалы, таких как паркет, ламинат, сосновая доска горючие жидкости впитываются хуже и неравномерно. Со стороны лицевой поверхности этих материалов инициаторы горения сохраняются плохо, при их анализе возможны ошибки, связанные с малым количеством пробы.

Спектральные аналитические параметры занесенных извне инициаторов горения, находящихся после пожара в исходном или частично выгоревшем виде на поверхности или в объеме строительных и отделочных материалов, уверенно позволяют диагностировать горючие жидкости на фоне мешающего влияния экстрактивных компонентов самих материалов, составляющих пожарную нагрузку зданий и сооружений. Применяющиеся при этом спектральные методы исследования дают возможность быстро и достоверно диагностировать неизмененные автомобильные топлива (автомобильные бензины, в особенности высокооктановые) и продукты их частичного выгорания.

В работе установлена реальная возможность выявления и диагностики следов горючих жидкостей, оседающих совместно с сажевыми частицами на холодных поверхностях, например на оконных стеклах.

Анализ большого массива данных, полученных в ходе проведения экспериментальных исследованийпоказал, что экспертные оценки, основанные на диагностических признаках горючих жидкостей, получаемых спектральными методами анализа, хорошо согласуются между собой, что повышает их экспертную значимость.

Спектральные аналитические параметры занесенных извне инициаторов горения, находящихся в виде следов на древесных материалах имеют, как правило, четко выраженные отличия от спектральных характеристик экстрактов самих этих материалов, что позволяет их диагностировать и делать вывод о поджоге, как причине пожара.

Комплексная методика экспертного изучения горючих жидкостей, обнаруживаемых в виде следов на элементах пожарной нагрузки зданий и сооружений использована при расследовании реальных пожаров и показала свою полную работоспособность.