Что такое очаговый конус
Формирование очагового конуса при пожаре
В данной статье рассмотрим основные факторы, которые определяют формирование очагового конуса при пожаре.
Очаговый конус – одно из ключевых понятий в пожарно-технической экспертизе. Его вершина находится в очаге пожара, т.е. найдя очаговый конус на месте пожара можно без проблем обнаружить и сам очаг пожара, что поможет в дальнейшем установлении причины возгорания.
Вначале дадим определение данного понятия.
Итак, очаговый конус – это следы теплового воздействия на предметах вещественной обстановки (строительные конструкции, мебель, производственное оборудование и др.) восходящего конвективного потока (конвективной колонки) от очага пожара.
Другими словами, очаговый конус – это поверхностный, а в некоторых случаях и пространственный «отпечаток конвективной колонки».
Данный признак выражается в виде локальных термических повреждениях на предметах вещественной обстановки. В случае, когда рассматриваемый объект полностью подвергся тепловому воздействию пожара, данный признак выражается в максимальных термических повреждениях в какой-либо локальной зоне пожара.
Очаговый конус обращен вершиной вниз и исходит из очага пожара. Вместе с тем, аналогичные термические повреждения, т.е. следы воздействия конвективной колонки могут наблюдаться и в очагах горения, которые могут быть вторичными по отношению к очагу пожара.
Классическая форма очагового конуса, т.е. его поверхностный отпечаток на вертикальных конструкциях – это треугольник с вершиной обращенной вниз. Но данная форма на пожарах обнаруживается очень редко. За счет многочисленных возмущающих факторов, например боковых воздушных потоков, привычная форма очагового конуса разрушается, конвективная колонка «наклоняется», такой же неправильной формы получается и след.
В более высоком помещении форма конуса будет более выраженной, нежели в более низком помещении.
В зависимости от вида конструкций, находящихся в очаге пожара различными будут и термические повреждения, которые будут указывать нам место расположения очага. Для деревянных конструкций в оси очагового конуса чаще всего наблюдается переугливание и частично выгорание древесины, по краям – в виде менее глубокого переугливания, переходящего затем в зону обугливания и далее к неповрежденным участкам.
Для бетонных конструкций термические повреждения выражаются в виде выгорания копоти, а при длительном горении в виде образования локальных трещин в бетонном камне, отслоения отдельных фрагментов.
На кирпичной кладке, которая оштукатурена данный признак формируется также в виде выгорания копоти, а в случае длительного воздействия – в виде отслоения штукатурки.
Признак очага пожара может формироваться также в виде косого среза, особенно когда имеет место возникновение горения где-то в углах помещений или с краю какой-либо конструкции.
Итак, рассмотрим факторы, влияющие на формирование очагового конуса при пожаре.
Допустим, в помещении где-то в нижней части возникло первоначальное горение. Вначале, за счет того что мощность тепловыделения незначительна, передача тепла будет в основном осуществляться за счет конвекции, это и будет основным фактором формирования очаговых признаков. Нагретые продукты горения будут подниматься вверх от источника, постепенно расширяясь в стороны. По мере движения продуктов горения они будут воздействовать на окружающие предметы (вещественную обстановку), оставляя на них характерные следы: копоть, обугливание, выгорание, отслоение фрагментов и т.д. Под потолком помещения формируется припотолочный дымовой слой, состоящий из раскаленных продуктов горения, которые также воздействуют на предметы обстановки в горящем помещении. На данном этапе очаг пожара также разрастается и влияние излучения на распространение горения становится превалирующим.
Через некоторое время, когда среднеобъемная температура в помещении достигнет примерно 250°С произойдет «общая вспышка» и горение происходит уже в объеме всего помещения. Хотя в помещениях с высокими потолками, большим внутренним объемом и при незначительной продолжительности пожара общая вспышка может и не наступить.
Как правило, в помещениях небольших и средних размеров, характерных для жилого сектора и офисных зданий, время наступления общей вспышки, как правило, не превышает 10 мин. Все, конечно же, зависит от начальной мощности тепловыделения источника, свойств и распределения пожарной нагрузки.
Понятно, что в течение данного промежутка времени тепловое воздействие осуществляется только на те окружающие предметы, которые расположены в непосредственной близости к очагу пожара и стоят на пути нагретых конвективных потоков, движущихся вверх и расширяющихся в стороны. Этим и вызвана локальность, сосредоточенность в одном месте термических повреждений.
После наступления общей вспышки может случиться так, что очаговый конус может быть нивелирован (сглажен) в результате длительного термического воздействия на предметы обстановки. При осмотре места пожара что-либо увидеть в таких случаях довольно сложно.
Формирование очагового конуса при пожаре возможно не только в помещении, но и в здании в целом, на водных суднах и других многоуровневых объектах. Некоторые исследователи это называют как «очаговый макроконус» (что значит «большой»). Его, кстати, при непосредственном осмотре объекта невозможно увидеть. Необходимо удалиться на некоторое расстояние, чтобы действительно его заметить.
Например, первоначальное горение возникло на первом этаже многоэтажного деревянного строения. Огонь постепенно будет двигаться вверх и в стороны, конструкции будут гореть, обрушаться и т.д. В результате при осмотре данного объекта можно и не найти место предположительного начала горения. Но стоит отойти подальше от сгоревшего дома или взглянуть на него под углом или чуть сверху, то можно увидеть своими глазами «очаговый макроконус».
Ну и напоследок, хотел бы отметить, что тепловое воздействие на предметы обстановки как пламенем, так и конвективной колонкой может быть экранировано какими-либо предметами. Это тоже надо учитывать при установлении очага и причины пожара.
На этом у меня все, жду Вас в следующих статьях!
Признаки очага пожара и динамики его развития
Для обоснования вывода о местоположении очага пожара – места первоначального возникновения горения – должна быть проанализирована прежде всего информация, полученная при осмотре места происшествия. При этом указываются выявленные признаки очага пожара и признаки направленности распространения горения.
Признаки очага пожара, подлежащие выявлению и фиксации при осмотре места пожара, делятся на две основные группы:
— признаки очага пожара на участке его возникновения;
— признаки направленности распространения горения.
Признаки очага пожара на участке его возникновения.
В реальных ситуациях следы воздействия конвективного потока могут иметь форму конуса с вершиной в месте возникновения горения, форму “опрокинутого конуса” и любую другую форму, соответствующую конфигурации конвективного потока. Конвективный поток и, соответственно, очаговый конус, отклоняется по направлению тяги в помещении. Обычно очаговый конус хорошо выражен в высоких помещениях и плохо в низких. Формируется очаговый конус и на наклонных конструкциях, по мере прогара крыши из сгораемых материалов (рубероидной). В помещениях с недостаточным воздухообменом (небольших, невентилируемьгх помещений) часто возникают сосредоточенные глубокие разрушения вследствие тления в пределах ограниченного участка.
Признаки направленности распространения горения возникают на путях распространения пожара из очага. Они могут быть расположены на значительном удалении от очага, иногда в пределах всей зоны пожара.
Последовательно затухающие (нарастающие) поражения обычно заметны с удалением от очага пожара. Термические поражения (разрушения) материалов и конструкций, как правило, уменьшаются (затухают) и, наоборот, нарастают с приближением к очагу. В них заметно проявляется фактор времени: чем дальше от очага, тем горение более кратковременно, тем меньше степень термических поражений конструкций и материалов. Данный признак может обнаруживаться визуально, например, по выгоранию на различную высоту деревянных перегородок, стоек, других элементов – образуется как бы комплекс “отпечатков”, укладывающихся в крупноразмерный очаговый конус.
Последовательно уменьшающаяся глубина обугливания бревна, деревянной стенки по их длине —это сплошные затухающие поражения.
Все указанное выше относится к признакам направленности горения, формирующимся при развитии горения по горизонтали.
В вертикальном направленииразвитие горения по осуществляется главным образом за счет конвекции, уносящей тепло вверх и способствующей таким образом быстрому распространению горения. пожар развивается преимущественно в восходящем направлении и поэтому в поисках очага пожара следует двигаться по следам термических поражений вниз, предполагая его местонахождение в самой нижней зоне, имеющей следы горения.
Однако как в любом правиле, из сказанного бывают исключения. Слой горючих материалов (например, слой утеплителя, конструкции междуэтажного или чердачного перекрытия) могут прогорать и истлевать в нисходящем направлении, а горящие предметы могут сверху падать вниз, создавать, таким образом, вторичные очаги горения.
Также на пожаре могут возникнуть и другие ситуации, усложняющие поиски очага по указанным выше признакам. Например, очаговые признаки могут не сформироваться при очень быстром развитии горения, обусловленном хорошими условиями воздухообмена, мощным источником зажигания или применением инициатора горения, архитектурными особенностями здания (наличием пустот и др. факторами), пожароопасными свойствами отделки помещений, способствующими быстрому развитию горения.
Также достаточно часто происходит выравнивание степени термических повреждений и исчезновение визуально воспринимаемых очаговых признаков, вплоть до их полного исчезновения в ходе развития горения. В подобных случаях необходимые данные иногда все же могут быть получены с использованием инструментальных методов выявления скрытых очаговых признаков пожара по изменению свойств материалов.
Важно иметь в виду, что действительный очаг пожара далеко не всегда соответствует месту наибольших термических поражений конструкций и предметов. Помимо очагов пожара, существуют так называемые “очаги горения” (вторичные очаги), которые образуются в пределах площади горения и представляют собой зоны, где экстремальные по интенсивности термические поражения обусловлены либо сосредоточением пожарной нагрузки, либо более благоприятными условиями горения (притоком воздуха прежде всего), либо более поздней ликвидацией горения. И при этом может оказаться, что в истинном очаге пожара горючих материалов было как раз не слишком много, однако горение первоначально возникло именно здесь. И разобраться в этом можно только путем изучения распределения горючих материалов в пределах объекта пожара.
Изолированные очаги горения на месте происшествия – это участки с очаговыми признаками, у которых отсутствует очевидная непосредственная пространственная связь с основной зоной горения, вытекающая из принципа постепенного распространения фронта горения. Образуются изолированные очаги за счет передачи теплоты излучением, конвекцией, теплопроводностью, при выбросе или перелете горящих углей, искр на горючие материалы вне зоны горения, при общей вспышке в помещении при достижении определенного температурного режима пожара. Эти особенности механизма взаимосвязи выявленных очаговых зон между собой должны быть тщательно проанализированы. Если объяснение их естественной связи не выявлено, то вполне может оказаться, что наличие нескольких изолированных очагов обусловлено совершением поджога.
Выявление признаков очага пожара и направленности распространения горения осуществляется главным образом визуально. Фиксируютсятакиепризнаки путем описания в протоколе осмотра, фото- и видеосъемкой.
При отсутствии видимых признаков следы очагов могут быть выявлены инструментальным исследованием копоти, ультразвуковым исследованием бетонных и железобетонных стен, другими методами [35,50].
Следует подчеркнуть, что установление истинного очага пожара невозможно без тщательного анализа информации для каждого из выявленных участков, на которых обнаружены очаговые признаки. Для этого, помимо анализа очаговых признаков, необходимо тщательное изучение конструктивных особенностей здания (помещения), распределения пожарной нагрузки в нем, динамики пожара, последовательности действий по его тушению и др.
«Очаговый конус» как признак вторичного очага горения.
Очаговые поражения могут образоваться, как уже отмечалось, на участках, где сгорели какие-либо легкогорючие материалы, предметы или оборудование. В частности это нередко бывает при развитии пожаров на складах. Они могут возникнуть и в результате лучшего доступа воздуха и в силу тех или иных особенностей горения. В таких случаях мы встретимся не с признаками очага пожара, а с последствиями особенностей горения, с результатами более активного горения на соответствующем участке. Именно по этой причине вывод о месте возникновения пожара может считаться окончательным лишь после тщательного изучения обстановки, предшествовавшей пожару, после учета всех данных по их совокупности. Вывод о положении очага пожара, сделанный на основании какого-либо одного, даже весьма характерного признака, может оказаться ошибочным.
Рис. 70. «Очаговый конус» и ряд других признаков очага, образовавшихся над местом возникновения пожара на кирпичной стене и на железобетонных частях здания
Однажды автором исследовалась причина пожара, возникшего на базе горпромторга одного из областных центров. База занимала двухэтажное здание старинной постройки. Оно имело массивные кирпичные стены, достаточно легкое сгораемое междуэтажное перекрытие и состояло из нескольких секций, разделенных внутренними капитальными стенами с широкими незащищенными проемами. Пожар обнаружили с большим опозданием, уже в тот период, когда горение принимало открытый характер — пламя вырвалось через один из оконных проемов второго этажа базы.
К моменту осмотра места пожара при производстве повторной пожарно-технической экспертизы (спустя сорок дней после пожара) обгоревшие остатки товаров были из здания удалены. Осматривать можно было только стены, полы первого этажа, балки междуэтажного перекрытия, выгоревшие на различных участках в неодинаковой степени.
При осмотре было зарегистрировано 17 очаговых участков, главным образом «конусов», на поверхности кирпичных стен здания.
Правильное объяснение причин образования каждого из очаговых участков имело первостепенное значение по уголовному делу. Пожар мог возникнуть от прогрева стальной балки подвального перекрытия, введенной в дымоход котельной, находившейся в подвале базы. Около дымохода в том месте, где проходила балка, выгорел деревянный пол. На поверхности дымохода и на смежном участке стены помещения образовались четкие «очаговые конусы».
Вместе с тем с учетом обстоятельств дела были основания допускать и вероятность поджога, причем с такой версией согласовывалось и наличие указанных выше нескольких очаговых участков. Конечно, не следовало предполагать, что поджог мог осуществляться в 17 местах. Очаговые признаки, как правило, соответствовали положению тех или иных горючих товаров.
Так, например, в нескольких местах находилась резиновая обувь. Последняя является хорошим горючим материалом. И неудивительно, что там, где на стеллажах находилась резиновая обувь, на поверхности стен образовались «очаговые конусы». Тушение пожара для небольших сил пожарной охраны города было весьма сложным. Вызов же пожарных частей (как уже было сказано) был сделан со значительным опозданием. Поэтому горение некоторое время развивалось беспрепятственно.
При производстве пожарно-технической экспертизы после тщательного сопоставления местоположения очаговых признаков с точными данными о расположении определенных товаров по секциям базы 13 очаговых участков были объяснены именно таким образом.
Очаг же около дымохода сомнений не вызывал. Но он мог быть и результатом квалифицированно осуществленных умышленных действий. Очаговые признаки в других трех местах, вообще говоря, тоже можно было объяснить расположением сгорающих материалов и особенностями горения. Однако эксперт должен был проявлять известную осторожность. Тщательное исследование очагов с учетом их положения относительно определенных товаров и характера поражений не давало полной уверенности в том, что эти три очага или часть их не являются самостоятельными. Они были оставлены под вопросом.
Рис. 71. Два четко выраженных «очаговых конуса», из которых верхний не является признаком очага пожара
Для иллюстрации тех случаев, когда «очаговый конус» образуется в силу тех или иных особенностей горения, приведем следующий пример. Ночью загорелась наружная стена двухэтажного деревянного дома. К прибытию пожарной части горение происходило в пределах первого этажа и распространялось вверх по обшивке и под обшивкой в угловой части здания. Пожар в этих его пределах был ликвидирован. Место горения подверглось некоторой разборке, так как пространство между стеной и обшивкой было заполнено опилками, которые тлели.
Пожар возник от поджога, осуществленного из хулиганских побуждений с внесением огня за обшивку у основания торцовой стены дома. В этом месте на стене можно видеть четко выраженный «очаговый конус», (рис. 71). Но на уровне второго этажа, в угловой части здания (очерчено кругом) стены его обгорели в пределах участка, имеющего тоже форму треугольника. Опрокинутая вершина последнего обращена к тому месту, где горение перешло на уровень второго этажа дома.
Означает ли образование двух таких характерных очаговых участков наличие двух очагов пожара? Конечно нет. Верхний «очаговый конус» явился следствием тех условий, в которых развивалось горение под обшивкой. На уровне второго этажа оно распространилось от того места, где под обшивкой на участке в несколько сантиметров прогорел горизонтальный брус крепления обшивки. Это место явилось своего рода очагом, из которого горение развивалось уже на уровне второго этажа дома.
Очаг пожара
Очаг пожара – это место первоначального возникновения пожара.
Внимание. На пожаре может быть и несколько очагов.
Наличие нескольких очагов пожара возможно при поджогах, в результате искрообразования, очень редко – от зароненного огня. Такие случаи бывают также и при коротком замыкании или перенапряжении в электрической сети, имеющей на отдельных участках ослабленную изоляцию, те или иные неисправности при отсутствии нормальной защиты. Это возможно и при попадании электрического напряжения на какие-либо устройства, конструкции зданий и т.д.
Случаи образования нескольких очагов пожара встречаются относительно редко. Исключение составляют поджоги.
Определение
Правильное определение очага пожара является очень важной задачей, решаемой при проведении исследования пожара. Без определения очага пожара невозможно будет установить причину пожара. Неверное определение очага пожара приведет к искажению картины пожара и в конечном итоге не позволит правильно определить причину пожара со всеми вытекающими последствиями.
Определение очага пожара производится специалистом или экспертом на основании всей информации, полученной в ходе исследования пожара. Всю информацию, которую необходимо проанализировать пожарно-техническому специалисту или эксперту можно разделить на две составляющие: объективную и субъективную.
К объективной составляющей при определении очага пожара относится вся совокупность информации, основанная на фундаментальных физических и химических законах природы. К данной составляющей относятся термические повреждения объектов (визуальные и скрытые) на месте пожара, данные о работе инженерных систем объекта, в том числе противопожарной автоматики.
К субъективной составляющей при определении очага пожара относятся показания свидетелей. При этом, следует заметить, что свидетельские показания при определении очага пожара должны тщательно проверяться на основании объективных данных. В случае противоречия специалист (эксперт) должен их объяснить.
Определение очага пожара начинается уже на месте пожара при проведении осмотра места пожара. Все визуальные термические повреждения процессуально закрепляются в протоколе осмотра места происшествия.
Здесь следует прерваться и отметить следующее. Как правило, визуальные очаговые признаки сохраняются лишь некоторое время, после чего в результате охвата пожаром всего объекта, а также большой продолжительности пожара, могут уничтожиться. Особенно часто данный факт проявляется в деревянных строениях, которых особенно много в частном жилом секторе. Операции по ликвидации пожара, в том числе разбор строительных конструкций, проводимые пожарными подразделениями еще больше осложняет определение очага пожара.
В этом случае при наличии возможности должны применяться инструментальные методы исследования. Например, на месте пожара исследуются древесные угли, металлоизделия, бетонные и другие строительные материалы. Отбор и исследование строительных материалов также процессуально закрепляется.
Также на месте пожара лицом-правоприменителем (дознаватель, следователь) собираются свидетельские показания, содержащие в себе полезную для определения очага пожара информацию. Зачастую, кстати, информация из свидетельских показаний носит противоречивый характер, что может быть результатом заинтересованности тех или иных лиц в выводах специалиста (эксперта). Поэтому данная информация должна тщательно анализироваться и не противоречить объективным данным.
Следует отметить, что при осмотре места пожара должна быть собрана вся исчерпывающая информация, поскольку после осмотра места пожара вещественная обстановка может значительно измениться и восполнить потерянную информацию будет уже невозможно.
Вся собранная информация анализируется специалистом (экспертом) после чего делаются выводы об очаге пожара и причине пожара.
Признаки
Основные
Независимо от конкретных условий признаки очага пожара по особенностям их образования и положению в зоне пожара можно разбить на две большие группы:
Тушение очага пожара
К основным признакам первой группы следует отнести:
Признаки (следы) направленности распространения горения целесообразно разделить на:
Необходимо отметить, что на пожаре не всегда возникают и сохраняются признаки всех типов. Поэтому в каждом конкретном случае важно выявить и учесть имеющиеся признаки. Даже небольшое количество установленных таких признаков в сочетании с другими данными поможет правильному решению задачи.
Косвенные
Кроме основных (прямых) бывают и косвенные признаки очага пожара. Среди многообразных последствий начавшегося горения могут оказаться такие, которые определенным образом отразят место возникновения пожара, будут являться косвенными его признаками.
К косвенным признакам очага пожара относятся:
Основные и косвенные виды признаков для определения очага пожара по состоянию конструкций, предметов и материалов с учетом упомянутых ранее факторов и условий, определяющих характер таких признаков подробно рассмотрены в книге Б.В. Мегорского «Методика установления причин пожаров».
Формирование признаков
Известно, что передача тепла на пожаре осуществляется:
Все эти три физических процесса вносят свой вклад в формирование признаков очага пожара.
Конвекция
Конвекция возникает сразу, как только начинается горение и в очаговой зоне повышается температура. Причиной возникновения естественной конвекции является перемещение нагретых и холодных частиц, происходящее вследствие разной их плотности. Действие конвекции стимулирует подсос воздуха в зону горения, он же способствует развитию начинающегося пожара.
Конвективные потоки с высокой температурой нагревают на путях своего распространения конструкции, предметы и материалы, что может вызвать их воспламенение, а также деформацию и разрушение негорючих элементов и частей здания. Именно поэтому в зоне конвективной струи от очага образуются, часто имеющие локальный характер, термические поражения материалов и конструкций.
В чем, собственно, эти термические поражения для различных материалов проявляются, как их выявлять и оценивать, будет рассмотрено в дальнейшем. Пока же констатируем, что все эти выгорания сгораемых конструкций, деформации, изменения цвета бетона, штукатурки и т.д. происходят, и происходят в локальной зоне.
Форма этой зоны специфическая. В спокойной атмосфере конвективный поток направлен вверх и локальные термические поражения образуются над очагом, на боковых ограждающих конструкциях (стенах).
Образование конвективного потока в очаге пожара.
Локальные термические поражения: а – над очагом; б – на боковых ограждающих конструкциях
Над очагом, на потолке, эти термические поражения имеют в идеальном случае форму круга, а на боковых – форму конуса, вершина которого обращена вниз, в сторону очага.
Необходимо отметить, что очаговый конус классической формы формируется далеко не на каждом пожаре, и тем более не всегда сохраняется:
Очаговый конус в низких помещениях
Формирование конвективного потока и очагового конуса в низких помещениях
Лучше всего конвективная струя формируется в высоких помещениях (более 8-10 м). Соответственно здесь и лучше выражены очаговые признаки (следы конуса).
Формируется очаговый конус и на наклонных конструкциях, например, по мере прогара крыши из сгораемых материалов (рубероидной).
Излучение
Излучение тепла пламенем и продуктами горения (лучистый теплообмен) не зависит от направленности движения воздушных потоков, конвекции. Источником наиболее сильного излучения является пламя. Однако пожары внутри зданий характеризуются, как правило, излучением в основном нагретых продуктов горения, которые сравнительно быстро заполняют объем помещения и настолько изолируют пламя, что его лучистая энергия практически не оказывает влияния на нагревание окружающих конструкций и предметов.
Тем не менее излучение вносит свой вклад в формирование очаговых признаков. Под действием лучистой энергии может происходить заметный односторонний (со стороны очага) нагрев и разрушение конструкций. Это один из тех самых признаков направленности распространения горения, о которых говорит Б.В. Мегорский. Поверхности, обращенные в сторону очага, в результате получают большие термические поражения.
У сгораемых материалов это проявляется в более глубоком обугливании со стороны более интенсивного теплового воздействия. У металлоконструкций деформация происходит преимущественно в сторону источника тепла.
Кондукция
Кондукция (передача тепла теплопроводностью) может играть существенную роль в возникновении и развитии пожара, особенно при наличии материалов с достаточно высокой теплопроводностью (прежде всего металлов). Известно достаточно большое количество пожаров на морских и речных судах, происходящих по схеме: электро- или газосварка – прогрев металлической переборки – загорание материалов за переборкой, в соседнем помещении.
Теплопроводность, кроме того, играет основную роль в формировании разрушения следов горения в очаге. Ведь, как известно, горение любого твердого материала есть постепенное продвижение фронта горения (фронта пиролиза). За счет теплопроводности впереди зоны горения материал прогревается (возникает так называемая зона подготовки) и в конечном счете воспламеняется. Так происходит продвижение фронта пламени (или тлеющего горения) по материалу.
За счет прогрева металла кондукция может формировать очаговые признаки на внешней поверхности кузова автомобиля, на борту морского судна и в других подобных ситуациях. Проявляется это в выгорании краски на обратной стороне металлоконструкции, деформации металла и т.д. Иногда эти признаки внешне напоминают «очаговый конус», хотя у собственно очагового конуса, как было указано выше, конвективная природа.
Источники: Федеральный закон РФ № 123-ФЗ от 22.07.2008 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»; Технические основы расследования пожаров: методическое пособие. Чешко И.Д., ВНИИПО, 2002; Методика установления причин пожаров. Мегорский Б.В., 1966.