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!
«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.
Ответы на Государственный экзамен. 159 вопросов и ответов к государственному междисциплинарному экзамену
Учебная дисциплина «Экспертиза пожаров»:
1) наличие следов обугливания на уровне пола. Поскольку пожар развивается, стремясь подняться вверх, то обнаружение горения системы на нижнем уровне облегчает определение места возникновения источника загорания. Сквозные прогары пола (если в этом месте до пожара горючих материалов не было) являются одним из характерных признаков очага пожара;
2) cосредоточение наиболее обгоревших и испепеленных предметов и глубоких разрушений конструктивных элементов. Этот признак наиболее характерен для недостаточного газообмена (в небольших замкнутых помещениях), когда горение в очаге пожара, возникшее раньше, чем на прилегающих участках, вызывает небольшие и четко выраженные обугливание и глубину выгорания материалов именно в месте своего возникновения. При длительном тлении горючих материалов, характерном для неблагоприятного газообмена в очаге пожара, возможно образование сквозных прогаров. Признаки, четко выявляющие очаг горения, могут проявляться и в случае возникновения горения в условиях, благоприятных для доступа воздуха, но при действии маломощного источника зажигания (например, зажженная сигарета) и наличия горючих элементов, не способствующих быстрому развитию огня. По мере удаления от очага пожара наблюдаются последовательно затухающие поражения. На поверхности горючих материалов может увеличиваться налет копоти, характерной для снижения температуры продуктов сгорания. Наибольшему повреждению, как правило, подвергается оборудование, имущество и конструктивные элементы со стороны, обращенной к месту (очагу) возникновения пожара;
3) наличие следов значительного теплового воздействия над очагом пожара, что обуславливается активной передачей теплоты поднимающимся вверх нагретым в очаге воздухом и продуктами горения. В результате наиболее сильно повреждаются потолок или перекрытия сооружения, а также вертикальные поверхности стен и перегородок (зона наиболее высоких температур располагается на расстоянии примерно 20-25 см. от потолка помещения). Обширное повреждение потолка в одном месте указывает на быстрое развитие огня над очагом пожара. На негорючих материалах отражаются следы высокотемпературного воздействия в виде отслоений штукатурки, защитного слоя бетона, деформации металлических ферм, участков трубопроводов, систем вентиляции, обрушение конструкций. Могут наблюдаться скопления в одном месте негорючих деталей (гвозди, болты и т.п. изделия, оставшиеся после сгорания горючих материалов. Если пожар начался со стен или перекрытия (потолка), то прикрепленные к ним предметы могут упасть на пол раньше, чем произошло возгорание пола;
4) наличие следов горения, имеющих вид конуса (V- образное расположение следов многочисленных разрушений, образующихся, начиная с места, откуда распространилось горение). Вершина конуса (очагового конуса) обращена в сторону очага. В невысоких помещениях (высота ниже 8-10м), где температура по высоте распределяется более равномерно, признаки “конуса” могут быть мало заметны. Элементы “конуса” могут отклоняться под влиянием воздушных потоков, возникающих в зоне горения.
При возникновении пожара, например, на нижних этажах многоэтажного здания «очаговый конус» может быть определен по границам зоны горения на каждом этаже. В этом случае основание конуса будет находиться на этаже, где возник пожар, и по мере перехода горения с нижнего этажа на верхний глубина зоны горения уменьшается, образуя вершину конуса на верхнем этаже. Описанные признаки формирования “очагового конуса” при развитии пожара с этажа на этаж дают направление возможного поиска места его возникновения на уровне этажа, где имеется наибольшая зона поражений, возникших при горении.
Для 2-3 этажных зданий со сгораемыми перекрытиями, в случае прогорания всех перекрытий снизу до верху, очаг пожара будет находится на этаже, где имеются наименьшие прогары в полу. Для железобетонных, бетонных, кирпичных и оштукатуренных конструкций и частей зданий общими признаками, по которым можно судить об “очаговом конусе”, являются: изменение цвета, характер закопчения, отслаивание, образование трещин и местных разрушений.
5) состояние обстановки в помещении также может служить одним из признаков, позволяющих определить по степени обгорания первоначальный очаг и направление горения. Если установлено первоначальное положение мебели и другой обстановки, V-образные следы обугливания на ней могут использоваться для анализа и возможной увязки с другими следами пожара, обнаруживаемыми в помещении. К их числу относятся следы, характеризующие изменяющееся состояние обугленности на элементах конструкций, поверхности стен и других сооружениях. Эти следы могут использоваться для определения направления распостранения горения и его первоначального очага.
Эффект “скоса” также помогает обнаружить направление горения через пол, настил, междуэтажное перекрытие. Эта информация должна увязываться с тем влиянием, которое могло оказывать на направление развития огня вентиляция и процесс тушения, способные изменить силу огня и его направление
Формируются на начальной стадии пожара как след конвективного потока, восходящего от первоначальной локальной зоны горения (т. е. очага пожара). Конвекция начинает проявляться с первых минут пожара. Снизу сбоку в возникшую зону горения происходит подсос чистого воздуха, горячие газообразные продукты сгорания подымаются вверх, формируя конвективную колонку. Конструкции, предметы и их части, попадающие в зону теплового воздействия данной конвективной струи, нагреваются и получают локальные термические поражения, выражающиеся в выгорании строительных материалов и конструкций, копоти, деформациях, отслоениях штукатурки, растрескивании бетона и т. д.
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 отклоняются 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, невентилируемых помещениях) часто возникают сосредоточенные глубокие разрушения вследствие тления в пределах ограниченного участка.
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. 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.
За счет теплопередачи происходит формирование признаков очага пожара. Давайте рассмотрим каждый из видов теплопередачи в отдельности.
1. Формирование очаговых признаков за счет конвекции.
Конвективная теплопередача – это процесс передачи тепла в жидкости или газе с неоднородным распределением температуры посредством частиц среды при перемешивании.
Конвективный теплообмен характерен для любой стадии развития пожара, но особенно важна роль конвекции в начальной стадии, когда мощность излучения от очага горения не слишком велика. Вследствие разности плотностей нагретых продуктов горения и окружающего воздуха возникает подъемная сила, которая выталкивает продукты горения вверх. За счет движения восходящей струи продуктов горения формируется конвективная колонка. При этом воздух вовлекается как в очаг пожара, что приводит к интенсификации горения и в конвективную колонку, что приводит к увеличению объема дыма. Протекание данных процессовсильно зависят от мощности, выделяемой при горении.
При движении нагретых продуктов горения происходит их взаимодействие с окружающей вещественной обстановкой, нагрев строительных и других материалов. Происходит нагрев окружающих материалов, их термическая деструкция. Различные материалы по-разному ведут себя при нагреве. Например, для древесины достаточно 150-200°С, а для металлоконструкций 300-700°С, чтобы на них остались следы термического воздействия. Струя продуктов горения, движущаяся вверх от очага пожара, постепенно расширяется. При этом, на окружающих предметах обстановки, расположенных в стороне от очага пожара воздействиюформируется «очаговый конус».Конус правильной формы формируется в неподвижном воздухе.
Как правило, «очаговый конус» имеет неправильную форму, искаженную существующими воздушными потоками в здании. Над очагом пожара в неподвижной атмосфере формируется зона термических повреждений округлой формы, которая затем в процессе развития пожара может быть нивелирована.
Наиболее четко формирование признаков очага пожара происходит в помещениях большой высоты при непродолжительном горении. В помещениях небольшого объема после общей вспышки и длительном горении «очаговый конус» визуально, как правило, не наблюдается.
В этом случае зону наибольших термических повреждений можно выявить с применением инструментальных методов исследования. Как показывает практика исследования пожаров, в результате применения полевых инструментальных методов исследования, форма выявленной зоны максимальных термических повреждений также напоминает форму конуса.
2. Формирование очаговых признаков за счет теплопроводности (кондукции).
Теплопроводность – передача тепла между непосредственно касающимися объектами, имеющими разную температуру. При теплопроводности перенос вещества в отличие от конвекции уже не происходит.
Кондукция имеет значительную роль в процессе горения материалов. Любой горючий материал, для его устойчивого горения необходимо прогреть на некоторую толщину (так называемая термическая толщина). Наиболее теплопроводными материалами, встречающимися на пожаре являются металлы.
В практике исследования пожаров известно много случаев, когда при сварочных работах загорались строительные конструкции, вплотную касающиеся свариваемых деталей. Расплавленные частицы металлов, особенно легкоплавких, могут попадать на горючие материалы, вызывая их возгорание.
За счет теплопроводности формируются термические повреждения на окрашенных металлоконструкциях, например, на кузове автомобиля. При возникновении пожара в моторном отсеке автомобиля на внешней поверхности кузова довольно часто можно выявить очаговые признаки в виде обугливания, отслоения и выгорания лакокрасочного покрытия.
3. Формирование очаговых признаков за счет излучения.
По мере роста размеров очага и его мощности роль излучения в передаче тепловой энергии возрастает. Теплопередача осуществляется без переноса вещества, поэтому действие излучения возможно на значительном удалении от места горения. Термические повреждения на окружающих предметах формируются только в тех местах, которые непосредственно облучаются пламенем. За непрозрачными предметами обстановки термические повреждения могут отсутствовать либо носить не столь значительный характер. Данный эффект условно можно назвать «эффектом экранирования» и он несет в себе довольно значительную информацию о месте возникновения первоначального горения и путях распространения пожара. Излучающая способность пламени напрямую зависит от мощности очага горения, который в свою очередь зависит от свойств веществ и материалов, входящих в пожарную нагрузку.
Излучение может происходить не только от пламени, но и от нагретых до высокой температуры продуктов горения, образующих дымовой слой. Например, в помещениях с относительно низким потолком излучение от дымового слоя на горючие материалы, расположенные под ним, имеет довольно высокое влияние на быстроту возникновения «общей вспышки».
Известно также, что скорость выгорания горючей нагрузки также регулируется излучением от пламени, образующимся над горящими материалами. За счет тепловой радиации, действующей на горящий материал, увеличивается скорость газификации, что в свою очередь приводит к увеличению мощности очага пожара и увеличению излучения. Образуется некая положительная тепловая связь, за счет которой огонь постепенно разгорается все сильнее.
Распространение пожара за счет излучения возможно на значительные расстояния, особенно при горении проливов нефтепродуктов и факельном горении газов при разрыве газопроводов. Основным фактором, влияющим на распространение горения от одного горящего автомобиля к другому на открытых и закрытых автостоянках также является излучение.
Если пожар возник, например, на втором этаже здания он редко, и уж, по крайней мере, далеко не сразу уйдет на первый этаж. Быстрее горение проникнет на третий и вышележащие этажи. Конечно, это общее правило, и из него, как и из любого правила, бывают исключения. Горящие предметы могут сверху падать вниз, создавать, таким образом, вторичные очаги горения.
Все же, в общем случае, в поисках очага пожара необходимо двигаться по следам термических поражений вниз.
Способность конвекции уносить тепло пожара вверх обуславливает ряд важных для эксперта обстоятельств. Вот некоторые из них.
В помещении, в котором происходит пожар, наблюдается зонирование температуры газовой фазы по высоте. Соответственно, и конструкции (стены, перекрытия) прогреваются чем выше, тем сильнее. Поэтому термические поражения стены, отделочных материалов на ней должны нарастать снизу вверх.
Если эта закономерность нарушается, если внизу стена на каком-то участке прогрелась или пострадала больше чем сверху, значит необходимо найти источник прогрева, располагавшийся именно на этом локальном участке!
Наоборот, если имеется локальный более холодный (менее поврежденный) участок наверху, значит, стену что-то закрывало, экранировало от тепла.
По тем же причинам на полу обычно более «холодно», чем в вышерасположенных зонах помещения. Снизу происходит приток свежего холодного воздуха, теплые газы уходят вверх. Поэтому признаки очага и другие характерные термические поражения конструкций, вещественные доказательства лучше сохраняются в нижней зоне, на уровне пола. Так, например, замечено, что если электрокипятильник, приведший к пожару, находился на полу или упал туда на начальной стадии пожара, на нем сохраняются характерные признаки работы в аварийном режиме (без воды). Если же он при пожаре находился на столе, указанные признаки нивелируются и обнаружить их после пожара не удается. По этой же причине искать остатки горючей жидкости, применявшейся для поджога целесообразно на полу или под полом.
В зданиях и сооружениях, где имеются закрытые проемы, пустотные деревянные конструкции горение часто развивается в скрытой форме именно по этим пустотам. Такие пожары сложны не только с точки зрения тушения, но и с точки зрения их расследования. В поисках очага бывает необходимо проследить, как развивалось горение по пустотным пространствам. Сделать это в ряде случаев можно следующим образом:
— перевернуть доски «наизнанку».
Если горение развивалось, например, внутри конструкции пола, то можно по характеру и степени обгорания досок попытаться проследить, где горение ушло внутрь пола, а где вышло из пустотной конструкции. Иногда это удается сделать.
И, наконец, всегда нужно помнить, что направление конвективных и любых других воздушных потоков в ходе развития пожара может меняться, причем неоднократно. Происходит это вследствие нарушения оконного остекления; образования прогаров, разрушения конструкций, вскрытия их пожарными подразделениями; вследствие применения дымососов. Поэтому так важно при расследовании крупных пожаров иметь данные по динамике их развития и тушения.
— изготовленные обжиговым методом;
— изготовленные безобжиговым методом.
Материалы, изготовленные обжиговым методом (красный кирпич, стеклоблоки, керамическая плитка), прошедшие высокотемпературную обработку (обжиг) в процессе изготовления на заводе, при вторичном нагреве в ходе пожара практически на меняют своего состава, структуры и свойств. Поэтому материалы этой группы после пожара экспертнокриминалистическому исследованию обычно не подвергаются. Материалы, изготовленные безобжиговым методом, по типу использованного связующего можно условно разделить на три подгруппы: материалы на основе цемента, извести, гипса.
При визуальном осмотре и фиксации термических поражений на конструкциях из неорганических строительных материалов следует отмечать:
— зоны выгорания копоти (на поверхности конструкций и оборудования в ходе развития горения копоть остается только до температуры 600-630 оС, после чего выгорает; над очагом пожара и вторичными очагами копоть часто выгорает локальными пятнами);
— темные и светлые зоны на штукатурке (в более прогретых зонах штукатурка после пожара более светлого цвета);
-отслоение штукатурки (в зоне достаточно длительного и интенсивного нагрева штукатурка отваливается; следует учитывать, что штукатурка может отвалиться не там, где была выше температура ее нагрева, а там, куда в первую очередь попала вода из пожарного ствола);
— изменение тона звука бетона при простукивании (неповрежденный бетон имеет тон звука высокий, при нагревании бетон разрушается, в нем появляются микротрещины, и тон звука меняется; с увеличением степени разрушения бетона тон становится глухим).
К полевым методам относятся:
К лабораторным методам исследования относятся:
1. Рентгено-структурный анализ (РСА).
2. Инфракрасная спектроскопия (ИКС). С помощью этих методов снимаются дифрактограммы и спектры, по которым рассчитываются специальные рентгеновские и спектральные критерии. Эти критерии и позволяют оценить степень термических поражений бетона, штукатурки и других указанных выше материалов.
3. Тигельный метод определения остаточного содержания термолабильных компонентов.
На конструкциях и предметах из металлов и сплавов при осмотре места пожара следует отмечать:
— потемнение и обугливание (карбонизация) слоя краски на поверхности;
— выгорание карбонизованных остатков краски;
— величину деформации конструкций и их направленность (металлоконструкции и их отдельные элементы деформируются, как правило, в сторону наибольшего нагрева);
— цвета побежалости (появляются при нагревании стали до температуры 200-300 оС благодаря образованию на ее поверхности пленки окисла микронной толщины; при повышении температуры цвета побежалости изменяются в следующей последовательности: светло-желтый, соломенно-желтый, оранжевый, красно-фиолетовый, синий);
— оплавления и проплавления металла (размер, геометрия, цвет кромки) (расплавленный в ходе пожара более легкоплавкий металл при попадании на металл более тугоплавкий может привести как бы к «растворению» последнего в расплаве первого металла. Причем происходит это при температуре, ниже температуры плавления «тугоплавкого» металла); Инструментальные исследования стальных конструкций и изделий. Стали обыкновенного качества и изделия из них по способу изготовления подразделяются на:
— горячекатанные (прошедшие прокатку на вальцах при температуре 800-900 оС);
Горячекатаные стали наиболее распространены на месте пожара, т.к. именно они составляют основную номенклатуру металлопроката (швеллеры, двутавры, уголки, большая часть трубных изделий, горячекатаный листовой прокат и т.д.) из них же изготавливаются строительные металлоконструкции. До 600-700 оС изменений в структуре и физико-механических свойствах в горячекатаных сталях практически не происходит.
Выше этих температур изменения в структуре металла начинают происходить и их можно зафиксировать:
— путем изучения химического состава окалины,
— рентгеноструктурным анализом окалины.
Обработка изделий в процессе их изготовления методом холодной деформации (холодной штамповки, высадки, волочения) приводит к изменению структуры металла и соответствующему изменению его физикомеханических свойств. При нагреве холоднодеформированных изделий в них протекают так называемые дорекристаллизационные и рекристаллизационные процессы. При этом последовательно меняется структура изделия и структурочувствительные физико-механические характеристики. Металл стремится перейти в исходное (до холодной обработки) состояние.
Степень рекристаллизации изъятого с места пожара холоднодеформированного изделия можно определить несколькими методами:
— определением микро твердости,
— определением коэффициента формы,
— магнитными исследованиями (измерением коэрцитивной силы).
При осмотре места пожара следует выявлять на деревянных конструкциях и деталях мебели:
— потемнение лака или краски на поверхности (степень потемнения, размер зоны, ее нахождение и геометрию);
— поверхностное обугливание (уголь рыхлый, с крупными трещинами образуется обычно при интенсивном пламенном горении; уголь плотный, с коричневатым оттенком и даже сохранившейся текстурой древесины (рисунком годовых колец) образуется при низкотемпературном пиролизе (тлении), когда процесс обугливания происходит медленно и летучие выделяются понемногу, уходя через мелкие трещины и не разрыхляя уголь);
Существует две группы полимеров, принципиально различающиеся по своему поведению при пожаре:
— термопластичные материалы (термопласты);
— термореактивные материалы (реактопласты).
— методом определение электросопротивления обугленных остатков (определение электросопротивления проводится по той же методике и на том же оборудовании, что и исследование обугленных остатков древесины).
Более полную и безошибочную информацию дают инструментальные методы исследования обугленных остатков ЛКП. Для выявления зон термических поражений на окрашенных конструкциях и предметах на месте пожара сначала отбирают пробы обгоревших остатков красочного покрытия. Обгоревшую краску аккуратно соскабливают, стараясь не захватывать подложку (штукатурку и др. материалы с малой механической прочностью) Отбор проб целесообразен на одной высоте по периметру помещения. Масса пробы, в зависимости от метода исследования, составляет от 1-2 мг. до 0,5 г.
Исследование обугленных проб ЛКП проводят методами:
— определения зольности обугленных остатков ЛКП и величины убыли органической массы по методике, аналогичной тому, как исследуются обугленные остатки древесины и неорганические строительные материалы;
а) Результатов визуального исследования конструкций и предметов в зоне очага, оценки степени термического поражения, выявленных очаговых признаков;
б) Результатов инструментального исследования материалов и конструкций и получаемой таким образом информации;
в) Показаний свидетелей
г) Косвенных признаков очага.
При этом обязательно учитываются архитектурные особенности здания (сооружения), пожароопасные характеристики материалов, которые имелись на сгоревшем объекте и их распределение по зданию (помещению), другие факторы. Отдельные методы исследования различных конструкционных и отделочных материалов взаимно дополняют друг друга. Некоторые методики способны зафиксировать лишь сравнительную степень термических поражений, другие дают данные о температуре и длительности горения. Разные методы способны давать информацию в различных интервалах температурного воздействия на пожаре.