ОБОСНОВАНИЕ И ОРГАНИЗАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ РАЗВИТИЯ ПОЖАРА НА ПЛОЩАДКАХ ОТКРЫТОГО ХРАНЕНИЯ БОЕПРИПАСОВ

НАУКА И ВОЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ № 3/2007, стр. 38-41

УДК 355.53

Н.И.ЛИСЕЙЧИКОВ,

главный научный сотрудник

Научно-исследовательского института Вооруженных Сил Республики Беларусь,

доктор технических наук

А.П. БУСЛА,

адъюнкт

Научно-исследовательского института Вооруженных Сил Республики Беларусь

Ю.И.АНИКЕЕВ,

начальник цикла - профессор кафедры устройства и эксплуатации

ракетно-артиллерийского вооружения

Военной академии Республики Беларусь,

кандидат технических наук

А.И.АНИСЬКО,

ученый секретарь

Научно-исследовательского института Вооруженных Сил Республики Беларусь,

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

В соответствии с классификацией [1, 2] боеприпасы и взрывчатые вещества (взрывчатые материалы) относятся к опасным грузам класса 1. Эксплуатация указанных материалов связана с повышенным риском возникновения пожаров и взрывов в местах их хранения. В то же время статистика таких происшествий [3] показывает, что их средняя интенсивность, например, в странах СНГ составляет 2-3 случая в год и не имеет тенденции к уменьшению. Данное положение подтверждается чрезвычайными ситуациями (ЧС), имевшими место в 2004, 2005 и 2006 годах на базе хранения боеприпасов в селе Новобогдановка Запорожской области Украины. В результате только в 2006 году материальный ущерб Минобороны Украины составил порядка 450 млн. долларов, а убытки населения прилегающих к базе сел превысили 300 тыс. долларов США. Следовательно, защита населения и территорий от ЧС на объектах хранения взрывчатых материалов является задачей первостепенной важности. Отметим, что последствия ЧС в местах хранения боеприпасов в значительной степени зависят от свойств объекта, важнейшим из которых является уровень его живучести.

В настоящее время Научно-исследовательский институт Вооруженных Сил Республики Беларусь (НИИ ВС) проводит НИР [4], целью которой является разработка предложений и рекомендаций, направленных на повышение уровня живучести и безопасности объектов хранения боеприпасов и взрывчатых веществ. Работа выполняется в рамках научно-технической программы Союзного государства «Развитие и внедрение в государствах - участниках Союзного государства наукоемких компьютерных технологий на базе мультипроцессорных вычислительных систем» (Постановление Совета министров Союзного государства от 29.10.05 г. № 29). В ходе работы планируется разработать научно-методический аппарат прогнозирования последствий ЧС в местах хранения боеприпасов. При этом предполагается разработка и внедрение в практику хранения взрывчатых материалов новых информационных технологий [5].

Одним из проблемных вопросов выполняемой работы является отсутствие вероятностных (статистических) характеристик переноса пожара, возникшего на одном из мест хранения боеприпасов и распространяющегося за счет разлета осколков, горящих фрагментов тары, сооружений, продуктов детонации. Установлено, что комбинаторная природа рассматриваемой задачи (наличие множества мест хранения боеприпасов и возможных траекторий передачи пожара, взрыва с одного места на другое), ее размерность обусловливают необходимость привлечения мультипроцессорных вычислительных систем. Имеется потребность в постановке, формализации и решении задач как анализа живучести объектов хранения боеприпасов, так и синтеза рациональных вариантов размещения их на хранение.

Учитывая отмеченные обстоятельства, для информационного обеспечения разрабатываемых математических моделей необходимо организовать и провести натурный эксперимент [4] в сочетании с методами экспертного оценивания. Целью эксперимента является получение статистических данных о передаче пожара с одного места хранения на другое. Основной задачей эксперимента является исследование динамики развития пожара в местах хранения боеприпасов, ее зависимости от факторов, характеризующих свойства объекта и внешней среды. При этом предполагается определение:

интенсивностей возгорания «пассивных» штабелей боеприпасов на площадках открытого хранения при попадании в них первичных и вторичных осколков, образовавшихся в результате горения «активного» штабеля;

численного соотношения взорвавшихся, поврежденных, выброшенных из штабеля боеприпасов;

временных и количественных параметров пожара и взрывов, протекающих в «активном» штабеле боеприпасов.

Эксперимент планируется провести в Центре утилизации одной из воинских частей управления РАВ МО РБ. Испытания выполняются согласно действующим нормативно-техническим и руководящим документам в части обеспечения взрыво- и пожаробезопасности объектов хранения боеприпасов [6-11].

Эксперимент представляет собой последовательно проводимые опыты с боеприпасами выбранных типов, находящимися в штатной таре. Содержание и условия опытов для боеприпасов различной номенклатуры идентичны. Для повышения достоверности получаемой статистической информации с каждым типом боеприпасов проводится не менее трех опытов. Каждый опыт включает следующие этапы:

поджигание мини-штабеля боеприпасов («активный» штабель);

развитие пожара в «активном» штабеле боеприпасов;

развитие ЧС (горение, взрывы, сгорание боеприпасов) на «активном» штабеле;

развитие ЧС на рядом расположенном штабеле («пассивный» штабель);

поражение осколками и горючими материалами макетов «пассивных» штабелей;

развитие пожара на макетах «пассивных» штабелей;

контроль развития ЧС с помощью видеоаппаратуры, сейсмических и акустических датчиков;

визуальный осмотр экспериментальной площадки, макетов «пассивных» штабелей;

описание результатов опыта.

Поджигание штабеля боеприпасов осуществляется промасленной ветошью. Поджигается ящик нижнего ряда в середине штабеля со стороны размещения макетов штабелей. Поражающее действие пожара и взрыва боеприпасов оценивается на «пассивном» мини-штабеле и макетах «пассивных» штабелей.

Для формирования штабелей могут быть взяты осколочно-фугасные снаряды калибра 100,115 и 152 мм. Это обеспечивает использование в ходе эксперимента наиболее распространенных взрывчатых материалов, находящихся на объектах хранения боеприпасов, с учетом ихразличной комплектации. Кроме того, при выборе учитывалось, что данные боеприпасы в войсках не используются и подлежат утилизации.

Штабели боеприпасов формируются с учетом условия допустимого, по требованиям правил техники безопасности на данном полигоне, возможного объема одновременно детонирующего взрывчатого вещества. На подрывном поле Центра утилизации допускается одновременный взрыв 120 кг взрывчатого вещества в тротиловом эквиваленте. Соответственно, активный штабель боеприпасов должен содержать не более 120 кг взрывчатого вещества.

«Активные» мини-штабели для разных типов боеприпасов в соответствии с приведенным выше условием содержат:

боеприпасов калибра 100 и 115 мм - по 18 ящиков, объем взрывчатого вещества в штабелях 108 и 113 кг соответственно;

боеприпасов калибра 152 мм - 23 ящика с объемом взрывчатого вещества в штабеле 120 кг.

В «активном» мини-штабеле боеприпасов ящики укладываются следующим образом: три ряда в ширину (1,5 м), два ряда в длину (1,8-2,0 м), шесть (для боеприпасов калибра 100 и 115 мм) и семь (для боеприпасов калибра 152 мм) рядов в высоту (2,1м). Ввиду того, что основным защитным мероприятием на арсеналах (базах) является обвалование хранилищ и площадок открытого хранения боеприпасов и их элементов, для обеспечения адекватности эксперимента «активный» штабель размещается в воронке (имитация обвалования).

Схема взаимного расположения на экспериментальной площадке «активного» и «пассивного» штабелей боеприпасов, макетов штабелей боеприпасов, а также положение границы воронки представлена на рисунке. Угол наклона откоса обвалования к основанию не должен превышать 45°. Превышение бруствера воронки над «активным» штабелем должно быть не менее 1 м.

«Пассивный» мини-штабель боеприпасов устанавливается в воронке вместе с «активным» мини-штабелем на расстоянии 10 м от него. Этот штабель в каждом опыте формируется из 4 ящиков с боеприпасами той же номенклатуры, что и «активный» штабель (2 ряда по 2 штуки). Макеты «пассивных» штабелей боеприпасов располагаются на расстояниях 25 м и 50 м от центра активного штабеля боеприпасов. Всего устанавливается шесть макетов штабелей. На ближней окружности (25 м) устанавливаются три макета: в точке пересечения с окружностью радиуса, перпендикулярного длинной стороне «активного» штабеля, и в точках пересечения с окружностью радиусов, отклоненных от предыдущего на ± 45 град. На дальней окружности (50 м) также устанавливаются три макета: в точке пересечения с окружностью радиуса, перпендикулярного длинной стороне «активного» штабеля, и в точках пересечения с окружностью радиусов, отклоненных от предыдущего на ± 30 град.

Макеты «пассивных» штабелей боеприпасов представляют собой щиты, имитирующие верхнюю сторону штабеля боеприпасов при его максимальном размере, а именно 18X7,2 м. Для изготовления макетов используются стенки штатных ящиков из-под боеприпасов, скрепленные деревянными брусьями сечением 40X80 мм. На изготовление одного макета штабеля боеприпасов требуется 140 ящиков и 50 м.п. брусьев. Для оборудования экспериментальной площадки на один опыт (установки 6 макетов штабелей) потребуется 840 ящиков и 300 м.п. брусьев (2 куб.м пиломатериалов). В ходе опытов возможно повреждение и сгорание части ящиков. Предварительная оценка показывает, что для всего эксперимента потребуется в два раза больше материалов, то есть 1680 ящиков и 600 м.п. брусьев.

Для визуального контроля за ходом эксперимента организуется видеонаблюдение за «активным» штабелем боеприпасов и макетами «пассивных» штабелей. Схема размещения видеокамер представлена на рисунке. Для наблюдения за «активным» штабелем боеприпасов видеокамера крепится в защитном кожухе и размещается на бруствере воронки. Видеокамеры для наблюдения за макетами «пассивных» штабелей боеприпасов устанавливаются на деревянных стойках, высотой до одного метра, вкопанных на глубину, обеспечивающую их устойчивость при воздействии ударной волны и осколков. Стойки с видеокамерами (по одной у макета) размещаются напротив середины длинной стороны макета на удалении 4 метров от него. При проведении эксперимента видеоинформация записывается автоматически по 8 каналам. Видеозаписывающие устройства устанавливаются в специально оборудованном укрытии.

При проведении эксперимента впервые будет производиться регистрация взрывов и их мощности специальным сейсмическим и акустическим оборудованием. Это оборудование представляет собой измерительный комплекс в составе сейсмических и акустических датчиков, соединенных с персональной ЭВМ. Указанное оборудование размещается на значительном (более 3-5 км) удалении от экспериментальной площадки.

Количество детонировавших боеприпасов в тот или иной момент времени определяется по результатам обработки амплитудно-временных характеристик акустических Ua(t) и сейсмических Uс(t) сигналов и вычисляется по формулам Nба = Ua(t)/Ka, Nбс = Uc(t)/Kc соответственно для акустических и сейсмических сигналов. Здесь Ка и Кс - нормировочные коэффициенты для характеристик акустических и сейсмических сигналов соответственно.

Измерение амплитудно-временных характеристик производится с использованием комплексов для регистрации сейсмических и акустических сигналов. Амплитудно-временные характеристики сейсмических сигналов представляют собой зависимости уровня смещения грунта (вертикальной компоненты) от времени (Uс(t)) на фиксированных расстояниях от места взрыва. Амплитудно-временные характеристики акустических сигналов представляют собой зависимости уровня избыточного давления от времени (Ua(t)) на фиксированных расстояниях от места взрыва. Для определения количества детонировавших боеприпасов акустическое и сейсмическое оборудование предварительно нормируется. Нормировка осуществляется по методике настройки указанного оборудования и включает этапы:

подрыв последовательно по одному боеприпасу каждого типа и регистрация уровней сигнала в каждом случае соответственно на дальностях 1, 3 и 5 км от места подрыва;

выбор базового расстояния для установки датчиков измерительных комплексов;

подрыв последовательно 1, 2, 3, 5 боеприпасов каждого типа на выбранном базовом расстоянии с регистрацией уровней сигналов;

построение нормировочных зависимостей.

В процессе нормировки зависимостей вычисляются нормировочные коэффициенты для характеристик сейсмических и акустических сигналов. С целью обеспечения вычисления корректирующих коэффициентов для конкретных физических и климатических условий перед каждым опытом производится подрыв двух боеприпасов и регистрация уровней акустических и сейсмических сигналов. Решение о фактическом количестве детонировавших боеприпасов принимается на основе анализа результатов расчетов. Доля взрывающихся боеприпасов в штабеле рассчитывается путем соотношения количества детонировавших боеприпасов и их общего количества в штабеле.

В ходе опытов с помощью видеонаблюдения за макетами штабелей, а также результатов осмотра площадки по завершении опытов, устанавливаются факты возгорания «пассивных» штабелей. Частота возгорания вычисляется путем соотношения числа загоревшихся в ходе опыта макетов «пассивных» штабелей к числу макетов, в которые попали горящие материалы и осколки, но факт возгорания отсутствует. В процессе наблюдения за штабелями боеприпасов и макетами штабелей в каждом опыте, а также при осмотре экспериментальной площадки, просмотре видеозаписей и описании результатов опыта фиксируются:

время горения «активного» мини-штабеля до взрыва;

динамика взрывов (распределение взрывов по времени, их мощность);

факты взрыва, воспламенения пассивного штабеля боеприпасов;

количество последующих взрывов снарядов;

время горения штабелей боеприпасов до завершения процесса;

акустические и сейсмические сигналы от взрывов боеприпасов;

количество попаданий осколков, фрагментов тары и боеприпасов в макеты штабелей;

факты воспламенения макетов штабелей;

характер поражения макетов штабелей при попадании осколков (вид поражения, факты пробития щита, запас по пробитию);

радиус разлета осколков, фрагментов тары и невзорвав-шихся боеприпасов.

По завершении опыта производится осмотр экспериментальной площадки, фотографирование вида остатков штабеля боеприпасов, макетов штабелей, воронок от взорвавшихся боеприпасов, повреждений макетов, характерных осколков, фрагментов тары и боеприпасов. Каждый этап формирования объекта испытаний и имитации на нем ЧС должен быть идентичным в отношении расположения элементов и порядка имитации возникновения пожара. Опыты должны начинаться до 9 часов с целью обеспечения благоприятных атмосферных условий для акустических измерений, а также с тем, чтобы основные процессы завершились в светлое время суток. Время проведения опытов планируется так, чтобы соблюдались следующие климатические условия:

температура воздуха - от 5 до 25 град.;

скорость ветра - не более 5 м/с;

влажность воздуха - не более 90 %, отсутствие осадков.

После каждого опыта в ходе эксперимента комиссией составляется протокол испытаний. Данный протокол в одном экземпляре направляется в НИИ ВС для дальнейшего анализа. По итогам всего эксперимента в двухнедельный срок составляется отчет.

Для проведения испытаний необходимо наличие материальных средств согласно расчету, представленному в таблице.

Таким образом, полученная в ходе эксперимента статистическая информация позволит обосновать законы распределения вероятностей переноса пожара с одного места хранения на другое в зависимости от расстояния между ними, их инженерного оборудования, номенклатуры боеприпасов и др. В конечном итоге для объектов хранения боеприпасов обеспечивается возможность:

прогнозирования последствий пожаров и взрывов;

военно-экономического обоснования мероприятий, направленных на повышение уровня живучести и безопасности мест хранения боеприпасов.

Данная информация позволит обосновывать мероприятия, выполняемые на арсеналах, базах и складах боеприпасов по критерию «живучесть - стоимость», а также размещение боеприпасов на хранение по критерию «эффективность - стоимость».

Таблица

Количество боеприпасов и тары, необходимых для проведения эксперимента

Дополнительно к задачам исследования динамики развития пожара, в ходе эксперимента будет осуществлена проверка возможностей специального сейсмического и акустического оборудования для получения информации о взрывах, их мощности и определении на их основе количества взорвавшихся боеприпасов. Результаты эксперимента позволят начать внедрение в практику работы частей технического обеспечения и управления РАВ МО РБ новых информационных технологий [5].

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ 19433-88 Грузы опасные. Классификация и маркировка. - М., 1988.

2. Перевозка опасных грузов автомобильным транспортом/ сост. И.И. Карбанович и др. - изд. 2-е, дополненное и исправленное, Мн.: Экспедитор: Юнипак, 2005. - 518 с.

3. Лисейчиков Н.И., Аникеев Ю.И. Обоснование системы показателей живучести арсеналов, баз, складов боеприпасов//Наука и военная безопасность. - 2006. - № 1. - С. 26-29.

4. Разработать и внедрить комплекс математических моделей и программных средств для поддержки принятия решений при обеспечении живучести арсеналов, баз и складов при хранении опасных грузов класса 1 (боеприпасы и взрывчатые вещества). Этап 3, 5. Отчет о НИР «Триада» / ГУ «НИИ ВС РБ», рег. № 2006156. - Мн., 2006.

5. Лисейчиков Н.И, Голик А.В. Разработка и применение информационных технологий при размещении и хранении боеприпасов//Наука и военная безопасность. - 2007. - № 2. - С. 57-61.

6. Единые правила безопасности при взрывных работах - М.: НПО ОБТ, 1992. - 237 с.

7. Правила техники безопасности при работах с боеприпасами и ракетами на арсеналах, базах и складах. - М.: Воениздат, 1994. - 73с.

8. Руководство по организации и обеспечению противопожарной защиты арсеналов, баз и складов вооружения, ракет и боеприпасов. -М., 2001.-130с.

9. Инструкция заведующему хранилищами с боеприпасами: Утв. приказом заместителя министра обороны по вооружению - начальника вооружения ВС Республики Беларусь от 10.12.1999 №217. - Мн.: МО Республики Беларусь, 1999. - 128 с.

10. Проектирование арсеналов, баз и складов боеприпасов. Противопожарные требования. - М.: МО СССР, 1992. - 45 с.

11. Руководство по хранению боеприпасов на арсеналах, базах и складах. - М.: МО СССР, 1987. - 412 с.

Для комментирования необходимо зарегистрироваться на сайте