Лесные горючие материалы, их классификация и горение

Лес, как объект горения, представляет собой неоднородный слой органического вещества, состоящий из живых и мертвых растений различных размеров и качества. Роль каждого слоя в процессе горения зависит от его структуры и пирологической характеристики (высоты, массы, объемной плотности, скорости увлажнения, биохимического состава, теплотворной способности и др.) ЛГМ. Определение этих показателей в пределах типов леса имеет важное значение как для понимания процессов возникновения и развития лесных пожаров, так и для разработки практических рекомендаций по охране лесов от пожаров.

Исследованию лесных горючих материалов и разработке их классификации посвящено большое количество научных работ. В зависимости от морфологического строения и ярусного размещения Е.С. Арцыбашев (1974) горючие материалы делит на три группы, генетически связанные с характером лесных пожаров: 1 - наземные (мхи, лишайники, травы, опад, подстилка, мелкий подлесок), 2 - надземные (подрост, подлесок, стволы и корни деревьев), 3 – подземные (торф, корни, органическое вещество почвы).

И.С. Мелехов и С. И. Душа-Гудым (1979) по загораемости от брошенной спички все горючие материалы делят на четыре группы: 1 - наиболее часто загораемые: а) прошлогодняя трава (весенняя опасность); б) отмершие зеленые мхи (характерны для свежих вырубок); в) опавшие листья деревьев и кустарников, дающие в опаде скрученные листья (береза и др.). 2 - часто загораемые: а) многолетние подсохшие в текущем сезоне злаки и иван-чай, обнажения торфа; б) зеленые мхи; в) лесная полуразложившаяся подстилка; г) гнилая древесина, валежник. 3 - редко загораемые: а) брусника; б) черника; в) багульник, голубика, плаун сплюснутый. 4 - очень редко загораемые: а) кукушкин лен, сфагнум; б) лесные широколиственные и луговые травы в вегетирующем состоянии, некоторые ксерофитные растения (кошачья лапка, очиток едкий).

Процесс горения лесных горючих материалов (ЛГМ) многостадийный. Выделено пять стадий горения: 1 - под воздействием тепла от соседних горящих частиц происходит нагревание поверхности до 100°С; 2 - 101-150ºС - интенсивное испарение различных форм воды (свободной, капиллярной, адсорбированной) и начало процесса разложения материала; 3 - 151-ЗООºС - ускорение процесса разложения древесины с выделением горючих газов и начало обугливания; 4 - 301-500°С - постепенное замедление процесса разложения внутри обугленных частиц; 5-501-1000°С - горение угля с выделением СО и СО₂. Устойчивость процесса горения определяется балансом между выделением тепла в результате химических реакций материала с кислородом (Ав) и его рассеиванием в пространстве (Ар). При Ав > Ар - горение устойчивое, Ав= Ар - горение неустойчивое, Ав< Ар - горение прекращается. При сгорании органической массы на открытом воздухе температура пламени достигает 1100°С. Надежным диагностическим показателем температуры горения является цвет пламени и горящих углей. У тускло тлеющих углей температура 500-700⁰С, ярко горящих - 800-1000°С, у пламени красного цвета - 700-800°С, у пламени белого цвета-1000-1100°С.

Тепло, выделяющееся при горении, расходуется на подогрев и пиролиз горючих материалов, нагрев воздуха и почвы, рассеивание в пространстве, излучение и конвекцию. Если горючие материалы находятся в сухом подогретом состоянии, на их подготовку к воспламенению требуется меньше тепла и горение быстро распространяется по их поверхности. При влажности проводников горения (сухой травы, опада, лишайников и др.) более 40-50 % загорание не происходит. Особенностями горения при лесных пожарах являются: а) сильная зависимость воспламенения и горения от метеорологических условий; б) большая рассредоточенность их в пространстве; в) обилие горючих материалов различных размеров и горимости.

В зависимости от высоты пламени выделяют два типа горения: пламенное и беспламенное. При пламенном горении высота его больше двукратного диаметра горящих частиц, при беспламенном -меньше. Верхние слои опада, травы, подрост, подлесок и деревья горят пламенным, нижние слои подстилки и торф - беспламенным горением. При пламенном горении большая часть выделившегося тепла рассеивается в пространстве, а при беспламенном -накапливается в слоях горючего материала и затрачивается на его подогрев. Это способствует распространению горения даже при относительно высокой влажности материалов. Прекращение горения происходит в результате создания условий, при которых исключается возможность его возобновления на данном участке в ближайшее время. Оно основано на следующих физико-химических принципах: 1) отрыв пламени от горючего материала; 2) уборка или увлажнение ЛГМ на пути пожара; 3) охлаждение горючих материалов до температуры прекращения горения; 4) прекращение доступа воздуха (кислорода) к горючему материалу; 5) сочетание нескольких условий прекращения горения.

С учетом перечисленных условий прекращения горения разрабатываются способы и подбираются средства тушения пожаров, например, отрыв пламени от ЛГМ происходит при использовании специальных веников, воздуходувок, струй воды, грунтометов и других средств.

Охлаждение ЛГМ ниже температуры начала пиролиза (+150°С) достигается смачиванием водой, растворами, пенами, суспензиями, забрасыванием грунтом. Лишения огня пищи можно достичь прокладкой минерализованных полос, удалением ЛГМ на пути огня. Прекращение доступа кислорода происходит при изоляции ЛГМ на пути огня грунтом, пенами, другими веществами. При этом большинством средств воздействия достигается ЛГМ увлажняются, сбивается пламя, ухудшается доступ кислорода, выполняются другие условия.

Лекция №3.