Пожары

Пожары

Пожары — неконтролируемые экзотермические реакции интенсивного высокотемпературного соединения (окисления) или разложения горючего твердого, жидкого или газообразного вещества с интенсивным образованием теплоты и газообразных продуктов, наносящие материальный ущерб и опасные для людей (рис.1).

Рис. 1. Схема горения вещества в воздухе

Реакции соединения могут происходить с кислородом (углерод, сера и их соединения), хлором (водород, металлы), серой (медь), диоксидом углерода (магний).

Реакции разложения типичны для ацетилена, хлористого азота, озона, взрывчатых веществ.

Скорость реакции соединения и разложения, как правило, нелинейно возрастает с повышением температуры (кислород) или светового потока (хлор), переходя при критических значениях в лавинообразный процесс (вспышка, воспламенение, взрыв, детонация). Протекание реакции возможно самопроизвольно (самовоспламенение, самовозгорание) или от внешнего импульса (источника). По этому признаку различают соответственно эндогенные и экзогенные пожары.

Вспышка — мгновенное сгорание паров газа, жидкости или твердого вещества при скорости их образования, не достаточной для поддержания процесса горения. Минимальная температура возникновения вспышки — температура вспышки t_всп.

Воспламенение — начало самопроизвольного поддержания горючим веществом скорости образования паров, необходимой для процесса горения (температура воспламенения t_впл > t_всп).

Самовозгорание — процесс самонагревания: повышение температуры при окислении горючего вещества до его возгорания (t_свп < 50 °C — уголь, сера, древесина, хлопок, торф, промасленная ветошь и т. д.).

Самовоспламенение — процесс самоускорения реакции с переходом в пламенное горение при температуре выше минимальной (t_свп > 250−400 °С — дерево, торф, уголь, t_свп > 450−800°С — кокс, магний).

Возгораемость материалов В_м — отношение удельного количества теплоты, выделяемой при горении, к полученному от источника зажигания (стандартные образцы). Классификация материалов:

* негорючие — В_м < 0,1;

* горючие — В_м > 0,5;

* трудногорючие — В_м = 0,1−0,5;

* трудновоспламеняющиеся — В_м = 0,5−2,1.

Для негорючих веществ показателем является предел огнестойкости (ф_огст) — время в часах до образования сквозных отверстий или до повышения на негорящей стороне температуры до 140 °C, или потеря начальных физических свойств (несущей способности). Для кирпича, бетона, гранита предел огнестойкости 4, стали 0,25−0,3, оштукатуренной стальной и деревянной поверхностей (толщина штукатурки д_шт = 50 мм) 2 и 0,5 соответственно. пожар взрыв горючесть дымообразование

Коэффициент дымообразования Д характеризуется оптической плотностью дыма при сгорании вещества с заданной насыщенностью в объеме сооружения и определяется изменением освещенности при прохождении света (рис.2).

Рис. 2. Характеристики дымообразования

Токсичность продуктов горения характеризуется минимальным содержанием С в воздухе, опасным для человека: чрезвычайно опасные — С < 13 г/м³, высокоопасные — 13 < С < 40 г/м³, умеренноопасные — 40 < С < 120 г/м³, малоопасные — С > 120 г/м³.

Горючими веществами в подземных горных выработках являются углерод, сера, водород и их соединения (рис.3). Наиболее опасны газообразные продукты (метан, водород, окись углерода, этан), горючие жидкости (бензин, керосин, нефть и др.), пыль и монолитные отдельности (уголь, сульфидные руды, древесина, резина, синтетические материалы и т. д.).

Рис. 3. Классификация веществ по горючести, пожарои взрывобезопасности (ГОСТ 12.1.004−76)

Внешними тепловыми импульсами (источниками) пожара в горных выработках являются неисправное электрооборудование и кабельные сети (30−60%), выгорание взрывчатых веществ и выброс горючих газов (10−20%), трение вращательных и ударных элементов горных машин (20−30%), открытый огонь и высокотемпературные процессы в горных выработках (5−10%), трение пород при деформациях и обрушении (до 5%).

Внутренние источники пожара связаны с сорбцией кислорода поверхностью окисляющегося материала (С, S) и выделением тепла (12,57 Дж/мл при окислении угля).

Скорость сорбции, удельное и общее количество тепла возрастают с повышением температуры вплоть до воспламенения и горения (200−400°С). Причинами эндогенных пожаров являются доступ кислорода к окисляющему материалу и недостаточный отвод тепла (плохая изоляция выработанного пространства при наличии потерь угля или руды, древесины и др., переход геологических нарушений, оставление целиков, недостаточное проветривание отдельных участков выработок и др.). В России около 50% шахт опасны по самовозгоранию угля.

Экзогенные подземные пожары ограничены в пространстве поверхностью выработки и развиваются в малом объеме воздушного потока, что приводит к передаче теплового импульса на значительные расстояния и разогреву излучением противоположных очагу горения поверхностей. При скорости струи воздуха менее 1,7 м/с в выработках сечением 6−12 м² очаг горения может распространяться против хода и по ходу струи, а при V > 1,7 м/с только по ходу струи. Скорость распространения очага пожара по ходу струи при V = 0,5−1 м/с возрастает с 30 до 50 м/ч и с 50 до 90 м/ч при V = 1−6 м/с.

Экзогенные пожары на поверхности отличаются неограниченным притоком атмосферного кислорода к очагу, рассеиванием теплоты в атмосферу, распространением пожара по предварительно прогретому им «тепловому мостику» .

Стадии экзогенного пожара:

* I — разгорание (увеличение массы сгорающего в единицу времени материала и расхода кислорода);

* II — развитие (постоянство расхода воздуха и массы сгорающего материала в единицу времени);

* III — затухание (снижение в продуктах горения содержания окисных газов и увеличение содержания кислорода).

Эндогенные пожары обычно возникают в выработанном пространстве и распространяются в направлении, встречном поступающему свежему воздуху, продукты горения поступают в исходящую струю. В очаге пожара по направлению к свежей струе выделяют зоны:

* І - испарения гигроскопической влаги;

* II — выделение летучих и интенсивного химического взаимодействия кислорода с веществом;

* III и IV — воспламенения и горения соответственно;

* V и VI — восстановления и инертного состояния.

Температура вещества в зонах сначала повышается от естественной до 90 °C (I), 150−200 °С (II), 300 °C (III), 1000−1200 °С (IV), а затем снижается до 300−400 °С (V и VI). Показателями стадий процесса формирования эндогенного пожара являются «индикаторные газы» (СО, Н₂, этан, пропан, этилен, пропилен, отношение СО/Н₂ для угольных шахт).

Опасные факторы подземного пожара: открытый огонь и искры, повышенная температура окружающей среды, токсичные продукты горения, дым, пониженная концентрация кислорода, динамические явления, обрушения и разрушения конструкций, машин и пр.

Профилактика пожаров

Профилактика пожаров поверхностного комплекса (зданий, сооружений и технологических объектов горного предприятия) включает организационно-технические мероприятия, планируемые на основе классификации материалов, конструкций, зданий и сооружений по пожарной и взрывной опасности.

Здания и сооружения промышленных предприятий в зависимости от категории производства делятся по пожароопасности на шесть категорий (А-Е), каждая из которых определяет допустимую степень их огнестойкости (I — негорючие строительные конструкции, V — горючие строительные конструкции, кроме брандмауэров), этажность здания, площадь этажа между брандмауэрами и средства противопожарной автоматики (рис.4).

Рис. 4. Структура инженерных решений по предупреждению пожаров и взрывов Категории зданий и сооружений:

* А. Взрывои пожароопасные (ЛВЖ с t_впл < 20 °С) — склады бензина и газа, ламповые, вакуум-насосные.

* Б. Взрывои пожароопасные (ЛВЖ с t_впл = 28−61 °С) — помещения, где хранятся баллоны с кислородом, горючие жидкости и где с ними работают.

* В. Пожароопасные (t_впл > 61 °С) — надшахтные здания, склады угля, ГСМ, бункеры, галереи, эстакады.

* Г. Непожароопасные (ГМ) — кузницы, депо, гаражи, котельные, электро-трансформаторные и распределительные.

* Д. Непожароопасные (НГМ) — склады инертной пыли, противопожарные материалы, водонапорные и насосные устройства.

* Е. Взрывоопасные (ВМ) — склады ВВ.

Классы помещений:

* П-I. ГЖ с t_впл > 45 °C.

* П-II. Горючие волокна и пыль.

* П-IIа. Твердые и волокнистые вещества (горючие).

* П-III. Наружные площадки с ГЖ (t_впл > 45 °С) и твердыми горючими веществами.

Здесь ЛВЖ — легковоспламеняющиеся жидкости; ГСМ — горючесмазочные материалы; НГМ — негорючие материалы; ВМ — взрывчатые вещества; ГЖ — горючие жидкости.

Аналогичным образом стандартизованы требования к сооружениям и зданиям по степени поражения молнией и уровню защитных устройств, а также классам опасности помещений с электроустановками, где в зависимости от пожарои взрывоопасности выделены группы электрооборудования по исполнению (рудничное нормальное, нормальное, взрывобезопасное и особо безопасное) и виду защиты от электростатических разрядов.

При открытой разработке угольных и сульфидных месторождений противопожарные профилактические мероприятия включают:

1) применение электрического и пневматического приводов горных машин и оборудования;

2) предварительную обработку полезного ископаемого водой или антипирогенами;

3) минимизацию потерь полезного ископаемого и сроков отработки участков проведения пожароопасных технологических операций.

Дополнительные требования при добыче полезных ископаемых, склонных к самовозгоранию:

1) минимизация потерь самовозгорающихся пород;

2) применение антипирогенов и предварительное увлажнение;

3) применение бесцеликовых способов поддержания выработок;

4) закладка выработанного пространства;

5) проведение полевых подготовительных выработок;

6) изоляция выработанного пространства.

Основные требования и мероприятия при проектировании и строительстве комплексов на поверхности:

1) безопасные расстояния между границами строений и сооружений; населенных пунктов и т. д.;

2) зонирование зданий и сооружений с учетом их назначения;

3) обеспечение противопожарных разрывов между зданиями и сооружениями;

4) обеспечение подъезда и проезда пожарного транспорта к сооружениям и средствам тушения;

5) строительство пожарного депо для группы предприятий с регламентированием расстояния;

6) устройство общих преград в зданиях (противопожарные стены, перегородки, перекрытия, зоны, двери, окна, ворота, люки) согласно СНиП 2.01.02−85;

7) обеспечение пожарной сигнализации и связи (охранно-пожарная сигнализация, диспетчерская, телефонная и радиосвязь, оперативная радиосвязь);

8) обеспечение средствами пожаротушения (первичные, полустационарные, стационарные).

Профилактика подземных пожаров:

1) запрещение открытого огня, производство работ с применением специальных мер защиты;

2) защита электрооборудования и кабелей от утечек, замыканий, искрообразования, перегрева;

3) выполнение требований пылегазового режима, ограничение объема ВР в выработках, опасных по газу и пыли;

4) паспортное содержание и контроль оборудования;

5) обеспечение герметичности трубопроводов сжатого воздуха;

6) исключение нахождения горючих материалов в горных выработках (особенно в опасных местах);

7) соблюдение противопожарного режима, своевременная разработка ПЛА, исправность запасных выходов, обеспечение СИЗ, подготовка ВГСЧ;

8) секционирование околоствольных дворов и выработок главных направлений противопожарными дверями и изоляционными перемычками с запасом материалов для заделки проемов;

9) крепление негорючими материалами сопряжений выработок, мест расположения приводов конвейеров, устьев шурфов, стволов, капитальных выработок, камер с большим сроком службы;

10) контроль температуры, скорости, газосодержания вентиляционной струи;

11) обеспечение горных выработок и камер первичными и автоматическими средствами пожаротушения, оборудования противопожарных складов и поездов;

12) оборудование пожарной сигнализации и связи.

Тушение пожаров

Первичные действия администрации:

1) сообщение дежурного о возникновении пожара в пожарную охрану, ВГСЧ;

2) сообщение руководству (по списку) и решение об эвакуации людей;

3) оповещение людей о пожаре;

4) обеспечение эвакуации людей (открывание запасных выходов, направление движения людей, включение аварийного освещения и пр.) по плану эвакуации;

5) включение средств пожарной защиты;

6) оценка ситуации и установление уровня опасных факторов;

7) тушение пожара (оказание помощи людям, спасательные работы, активные способы тушения).

Таблица 1

Активные способы тушения пожаров предусматривают воздействие средствами пожаротушения непосредственно на очаг пожара или удаление его. Целесообразно применение в начальный период в силу доступности и минимальных размеров очага горения (табл.1, рис.5).

Пассивные способы заключаются в сокращении доступа кислорода (воздуха) к очагу пожара до 2−5%. Целесообразно применение при труднодоступности очага, значительных масштабах пожара и недостатке средств активного тушения.

Комбинированные способы сочетают первоначальную изоляцию очага с последующим активным тушением. Целесообразны при больших площадях горения, трудности доступа и отсутствии необходимых средств тушения. В первую очередь перекрывают горящие участки пожарными дверями, парными перемычками с последовательным шлюзованием.

Рис. 5. Способы тушения подземных пожаров и защита людей Оборудование для тушения пожаров:

1. Порошки и порошковое оборудование (П-1А, П-2АП, П-3АТ на базе аммофоса, ОП-2 В, ОП-8У1, ОП8Б1, ОПШ-10, ОПШ-100, УПШ-250, УПШ-500, УПШ-1000, устройство «Вихрь», установка порошково-пенная — ППУ, автомобиль порошкового пожаротушения АПК).

2. Пенообразователи (ПО-1, ПО-3А, «Сампо», «Поток», ПФ-2, воздушно-механическая пена РФ-3, ручные химические пенные огнетушители ОПШ-9 и ОХВПШ, установки с принудительной подачей газа УПВШ, «Вьюга», ПГП-8, УЛЭП-2, «Экран», пеногенераторы комбинированного действия ПШ, ГИП-2М, эжекционные пеногенераторы ГИПС-600, ГПС-2000, ПЭК-1, ПЭК-2, бессеточные пеногенераторы инертной пены УИП, установки твердеющей пены ТП, ПНК, пеносмесители ПС-1, ПС-2, ПС-3).

3. Средства водяного пожаротушения (стволы пожарные РС-50, РС-70, РСА, РСК-50, СМ, пика пожарная ПП-2, гидрант-пистолеты ГПП, ГП-2, ГП-3, мотопомпы МП-600, МП-800Б, МП-1600, насосы МПН-5, Н-1М, БН-15×4, 1В-20/10, водоразбрызгиватели ВВР-1, УВЗ-2).

4. Оборудование для инертизации атмосферы (генераторы инертных газов ГИГ-4, ГИГ-1500, автомобильные газификационные установки АГУ-2М, АГУ-8К, азотная станция ПГА-6/2, шахтный газификатор жидкого азота ГШ-1, установка для подачи углекислого газа «Иней»).

5. Оборудование для флегматизации и тушения пламенного горения (хладоновые (фреоновые) огнетушители и установки ОГХ-5, ОХГШ-2, УПХВ, установка для защиты и локализации пожара «Залп»).

6. Оборудование для изоляции пожарных участков (комплект противовзрывной быстровозводимый КПБ «Парашют», агрегат для возведения перемычек «Монолит-3», комплекс для дистанционного возведения безврубочных перемычек «Темп-500», комплекс для возведения изолирующих и взрывоустойчивых сооружений «Пневмолит»).

Средства защиты людей:

1. Респираторы изолирующие регенеративные на сжатом кислороде Р-12, Р-12М, Р-33, РВЛ-1.

2. Респираторы изолирующие на химически связанном кислороде ШРС-2.

3. Шахтные самоспасатели изолирующие (ШС-7М, ШСС-1, ШСМ-1) и фильтрующие (СПП-2, СПК).

4. Передвижные спасательные пункты ПСПМ, ПСП, ПСА, «Воздух-1», «Воздух-3» .

5. Средства противотепловой защиты ПТК-100, ТК-50, КБГ.

6. Средства медицинской помощи ГС-10, СУ-1, АГС-2М.

1. Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие / Ю. В. Шувалов, В. А. Рогалёв, И. А. Павлов, С. Г. Гендлер; Санкт-Петербургский горный ин-т, СПб, 1990. 116 с.