Nghiên cứu máy chữa cháy rừng dùng tác nhân chữa cháy là không khí

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Xuất phát từ lý do thực hiện đề tài đã nêu, chúng tôi đặt mục tiêu nghiên cứu như sau: Máy chữa cháy rừng tác nhân chữa cháy là không khí sau khi nghiên c

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Rừng là lá phổi xanh của toàn nhân loại, là nguồn tài nguyên quý giá có khả năng tái tạo, có giá trị to lớn đối với nền kinh tế quốc dân, văn hoá cộng đồng, du lịch sinh thái, nghiên cứu khoa học, an ninh quốc gia và chất lượng cuộc sống của con người Tuy nhiên, hiện nay tài nguyên rừng đang bị suy giảm nghiêm trọng cả về số lượng và chất lượng Một trong những nguyên nhân làm mất rừng đó là do cháy rừng

Theo thống kê của cục Kiểm lâm trong vòng 12 năm (1992 - 2003) ở Việt Nam đã xảy ra 15.660 vụ cháy rừng làm thiệt hại 83.889 ha rừng Trung bình mỗi năm bị thiệt hại khoảng 10.000 ha Không những bị tổn thất về mặt tài nguyên mà còn ảnh hưởng đến tính mạng con người, của cải và môi trường sinh thái

Đứng trước những hiểm hoạ do cháy rừng gây ra, các nhà khoa học trên thế giới không ngừng nghiên cứu, cải tiến các phương pháp phòng và chữa cháy rừng, nhằm hạn chế đến mức thấp nhất thiệt hại do cháy rừng gây ra

Mỗi loại thiết bị chỉ phù hợp với điều kiện nhất định, nên khi áp dụng các thiết bị chữa cháy rừng của nước ngoài vào điều kiện rừng của Việt Nam chưa phù hợp, do địa hình rừng của Việt Nam có độ dốc lớn, không có nguồn nước, vật liệu cháy rừng phức tạp, đường giao thông không thuận lợi

Hiện nay việc chữa cháy rừng ở Việt Nam chủ yếu chữa cháy bằng thủ công (dùng cành cây, cào, cuốc… đập trực tiếp vào đám cháy), nên hiệu quả thấp, nguy hiểm đối với người tham gia chữa cháy, từ đó mà diện tích cháy rừng ngày càng tăng Một số vườn quốc gia và cơ sở chữa cháy đã trang bị một số thiết bị để chữa cháy rừng, nhưng các thiết

bị này không phù hợp với địa hình, điều kiện rừng, điều kiện tác nhân chữa cháy nên hiệu quả chữa cháy rừng không cao

Do đặc điểm của cháy rừng thường là nơi xa nguồn nước, điều kiện vận chuyển nước không thuận lợi, độ dốc lớn, địa hình phức tạp nên các thiết bị chữa cháy lớn như xe ôtô cứu hoả khó có thể áp dụng được Để tăng hiệu quả cho việc chữa cháy rừng thì cần phải nghiên cứu, thiết kế, chế tạo ra các thiết bị chữa cháy rừng sử dụng tác nhân chữa cháy tại chỗ, thiết bị gọn nhẹ dễ mang vác di dộng trên địa hình dốc, hiệu quả dập lửa lớn,

dễ sử dụng, phù hợp với điều kiện địa hình và điều kiện kinh tế ở Việt Nam, để trang bị rộng rãi cho các cơ sở sản xuất Lâm nghiệp, để từ đó toàn dân có thể tham gia vào công tác chữa cháy rừng, góp phần hạn chế diện tích rừng bị cháy

Xuất phát từ những lý do trên mà tôi tiến hành thực hiện đề tài: Nghiên cứu máy chữa cháy rừng dùng tác nhân chữa cháy là không khí

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Xuất phát từ lý do thực hiện đề tài đã nêu, chúng tôi đặt mục tiêu nghiên cứu như sau:

Máy chữa cháy rừng tác nhân chữa cháy là không khí sau khi nghiên cứu phải đạt được yêu cầu: năng suất dập lửa cao, hiệu quả dập lửa lớn, sử dụng chất chữa cháy rừng tại chỗ (không khí), thiết bị gọn nhẹ, dễ sử dụng và phù hợp với địa hình dốc nơi không có nguồn nước

3 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu máy chữa cháy rừng tác nhân chữa cháy là không khí là một vấn đề rộng và cần thời gian dài, trong đề tài này chỉ giới hạn các nội dung sau đây:

- Thiết bị nghiên cứu: Đề tài không nghiên cứu phần động cơ của máy thổi gió, mà chỉ

tập trung giải quyết một số vấn đề tồn tại của máy thổi gió hiện có đó là: lưu lượng và vận tốc của quạt gió, công suất của động cơ, trọng lượng động cơ và chế độ sử dụng của thiết bị

- Đối tượng chữa cháy: Đề tài không nghiên cứu tất cả các loại vật liệu cháy rừng, tất

cả các loại độ dốc, tất cả các loại rừng, mà chỉ tập trung nghiên cứu một số loại vật liệu cháy

rừng có diện tích lớn, thường xuyên xảy ra cháy đó là: vật liệu cháy rừng của rừng trồng

- Địa điểm nghiên cứu: Đề tài không có điều kiện khảo nghiệm nhiều loại vật liệu

cháy rừng, nhiều loại địa hình, mà chỉ chọn một số địa phương có diện tích rừng trồng lớn, địa hình có thể đặc trưng cho một số tỉnh ở Miền Bắc Việt Nam như: tỉnh Hoà Bình, Thanh Hoá, Phú Thọ, để lấy mẫu thí nghiệm và khảo nghiệm trong điều kiện sản xuất

4 Nội dung nghiên cứu của đề tài

Với phạm vi nghiên cứu đã trình bày ở phần trên, để đạt được mục tiêu của đề tài đặt ra, luận văn tập trung giải quyết những nội dung sau:

4.1 Nghiên cứu lý thuyết

Nội dung nghiên cứu lý thuyết cần giải quyết các vấn đề sau:

- Xác định bản chất của quá trình cháy, điều kiện của quá trình cháy và nguyên lý dập tắt đám cháy rừng;

- Xây dựng cơ sở lý thuyết quá trình dập tắt đám cháy rừng bằng chất chữa cháy là không khí;

- Xây dựng cơ sở lý thuyết tính toán và xác định các thông số cơ bản của quạt gió;

- Xác định công suất của động cơ làm cơ sở để lựa chọn loại động cơ hợp lý

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm để kiểm nghiệm các kết quả tính theo lý thuyết và xác định hiệu quả của chữa cháy rừng chất chữa cháy là không khí Từ kết quả đó làm cơ sở lựa chọn dạng quạt gió hợp lý và xác định một số thông số tối ưu của quạt gió, do vậy nội dung nghiên cứu thực nghiệm bao gồm các vấn đề sau:

- Xác định các thông số của vật liệu cháy rừng ở một số khu rừng nghiên cứu;

- Xác định các thông số của đám cháy như nhiệt độ đám cháy, nhiệt độ gần đám cháy;

- Xác định quan hệ giữa chiều dài ống thổi với vận tốc không khí ở miệng ống thổi;

- Xác định quan hệ giữa vận tốc không khí với vị trí cách miệng ống thổi;

- Xác định quan hệ giữa vận tốc không khí ở miệng ống thổi với thời gian dập tắt đám cháy;

- Xác định quan hệ giữa chiều dày vật liệu cháy rừng với thời gian dập tắt đám cháy;

- Xác định thông số tối ưu của quạt gió;

- Xác định lưu lượng không khí cần thiết để dập tắt đám cháy;

- Lựa chọn dạng cánh quạt gió hợp lý;

- Xác định công suất của động cơ để làm cơ sở lựa chọn loại động cơ cho phù hợp

4.3 Thử nghiệm thiết bị nghiên cứu trong điều kiện sản xuất

Thử nghiệm máy chữa cháy rừng tác nhân chữa cháy là không khí trong điều kiện sản xuất nhằm xác định một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của thiết bị, từ đó sơ bộ xác định hiệu quả kinh tế khi sử dụng thiết bị và đánh giá khả năng áp dụng vào sản xuất

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tình hình cháy rừng ở Việt Nam và trên thế giới

1.1.1 Tình hình cháy rừng trên thế giới

Trước cách mạng công nghiệp, rừng trên thế giới chiếm khoảng 50% diện tích các lục địa, đến năm 1955 diện tích rừng này đã bị giảm đi một nửa Tới năm

1980 diện tích rừng của thế giới còn khoảng 2,5 tỷ ha (bằng 1/5 diện tích bề mặt của trái đất)

Một trong những nguyên nhân cơ bản của sự mất rừng chính là do cháy rừng gây ra Số liệu thống kê cho thấy, hàng năm trên thế giới trung bình có khoảng từ 10

- 15 triệu ha rừng bị cháy, có những năm con số này còn tăng gấp đôi Những đám cháy rừng điển hình đã xảy ra ở một số nước như sau:

- Ở Mỹ: Tại Miramichi và Maine (10/1825) cháy rừng đã thiêu huỷ 30.000

ha, số người thiệt mạng không xác định được;

Tại Great Idaho (8/1911) cháy rừng đã thiêu huỷ 30.000 ha và 85 người thiệt mạng Vụ cháy năm 1947 có 1.200.000 ha và có ít nhất 60 người thiệt mạng;

Trong hai năm 1993 - 1994 hàng nghìn vụ cháy rừng đã thiêu huỷ khoảng 1.590.000 ha Riêng năm 2000 ở Mỹ đã bị cháy 2,8 triệu ha, đã phải chi phí tới 15 triệu USD/ngày trong vòng hơn 2 tháng

- Ở Hy Lạp: Những đám cháy liên tục tại nước này từ năm 1998 tới tháng 7

năm 2000 đã gây nên sự quan tâm của thế giới Riêng tháng 7 và tháng 8/1998 có tới 9.000 vụ cháy lớn nhỏ, thiêu huỷ khoảng 1.500.000 ha rừng và hàng trăm ngôi nhà bao quanh bao gồm cả bệnh viện, tiệm ăn, nhà máy, trường học… Trong vòng vài tuần của tháng 7/2000 đã có tới 70.000 ha rừng bị cháy Tháng 9 đến tháng 10 năm 2007 Hy Lạp đã xảy ra vụ cháy rừng kéo dài hơn một tháng làm thiệt hại khoảng 120.000 ha rừng làm 60 người chết, thiệt hại về kinh tế khoảng 60 tỷ đô la

- Ở Pháp: Năm 1975 có tới 350 vụ cháy rừng với tổng thiệt hại là 155.000 ha

(phụ lục 1)

- Ở Australia: Năm 1976 cháy rừng đã thiêu huỷ 1,7 triệu ha Ngày

16/2/1983, một vụ cháy đã thiêu huỷ hơn 335.000 ha rừng và đồng cỏ ở Bang Victoria (phụ lục 1), làm chết 73 người, hơn 1.000 người bị thương và gây thiệt hại khoảng 450 triệu USD

- Ở Trung Quốc: Năm 1987 có khoảng 3 triệu ha rừng đã bị cháy làm thiệt

hại hàng tỷ đô la 150 người thiệt mạng

- Tại Khu vực Đông Nam Á:

Theo số liệu thống kê của FAO, từ năm 1982 đến đầu năm 1998 có trên 15 triệu ha rừng và đất rừng trong khu vực bị cháy Trong đó, Inđônêsia là nước thường xảy ra cháy rừng với thiệt hại lớn nhất Cháy rừng tại Inđônêsia năm 1998 làm ô nhiễm không khí cả các nước trong khu vực;

Theo Peter F Moore (Giám đốc dự án phòng chống cháy khu vực Đông Nam Á), tình hình cháy rừng trên thế giới trong hai năm 1997 - 1998 được thống

1.1.2 Tình hình cháy rừng ở Việt Nam

Việt Nam hiện có trên 12,8 triệu ha rừng (độ che phủ tương ứng là 38,8%), với 10,8 triệu ha rừng tự nhiên và 2 triệu ha rừng trồng Trong những năm gần đây diện tích rừng tăng lên, nhưng chất lượng rừng còn suy giảm, rừng nguyên sinh chỉ còn khoảng 7%, trong khi rừng thứ sinh nghèo kiệt chiếm gần 70% tổng diện tích rừng trong cả nước, đây là loại rừng dễ xảy ra cháy, hiện nay Việt Nam có khoảng 6 triệu ha rừng dễ cháy bao gồm: rừng thông, rừng tràm, rừng tre nứa, rừng khộp, rừng non khoanh nuôi tái sinh tự nhiên và rừng đặc sản…, cùng với diện tích rừng

dễ xảy ra cháy rừng hàng năm, thì tình hình diễn biến thời tiết ngày càng phức tạp

và càng khó lường ở Việt Nam đang làm nguy cơ tiềm ẩn cháy rừng và cháy lớn ngày càng nghiêm trọng

Trong vài thập kỷ qua, trung bình mỗi năm Việt Nam mất đi hàng chục ngàn

ha rừng, trong đó mất do cháy rừng khoảng 16.000 ha Theo số liệu thống kê chưa đầy đủ về cháy rừng và thiệt hại do cháy rừng gây ra trong vòng 40 năm qua (1963 - 2002) của Cục Kiểm lâm thì tổng số vụ cháy rừng là trên 47.000 vụ, diện tích thiệt hại trên 633.000 ha rừng (chủ yếu là rừng non), trong đó có 262.325 ha rừng trồng

và 376.160 ha rừng tự nhiên Thiệt hại ước tính mất hàng ngàn tỷ đồng, đó là chưa

kể đến những ảnh hưởng xấu về môi trường sống, cùng những thiệt hại do làm tăng

lũ lụt ở vùng hạ lưu mà chúng ta chưa xác định được và làm giảm tính đa dạng sinh học, phá vỡ cảnh quan, tác động xấu đến an ninh quốc phòng… Ngoài ra còn gây thiệt hại đến tính mạng và tài sản của con người

Một số số liệu điển hình về cháy rừng và thiệt hại do cháy rừng gây ra ở Việt Nam trong những năm qua như sau:

Năm 1976, tại tỉnh Cà Mau đã cháy 21.000 ha rừng Tràm, làm 02 người chết; tại Quảng Ninh từ năm 1962 - 1983, diện tích rừng Thông bị cháy là 15.800

ha với trên 10.000 bát nhựa bị cháy, vỡ gây thất thu hàng ngàn tấn nhựa thông và một số kho tàng bị cháy; ở tỉnh Lâm Đồng từ năm 1981 - 1994 cháy 43.238 ha rừng Thông và một số rừng trồng khác; ở tỉnh Cà Mau và Kiên Giang diện tích rừng Tràm bị cháy trong 4 năm (1976 - 1980) là 43.600 ha gây thiệt hại 2 triệu m3

gỗ, củi

và nhiều loại côn trùng, động vật cư trú tại đó, đồng thời cháy cả lớp than bùn từ 0,8 đến 1,2 m gây thiệt hại hàng trăm tỷ đồng, đặc biệt năm 1998 Kiên Giang bị cháy 4.262 ha rừng, tổn thất trên 20 tỷ đồng; ở tỉnh Thừa Thiên Huế, mùa khô năm 1991,

do dùng lửa thiếu ý thức đã làm cháy hơn 300 ha rừng Thông, trong thời gian rất ngắn đã thiêu huỷ cả khu rừng gây trồng hơn 10 năm tuổi; các tỉnh Kon Tum, Gia Lai, Đăk Lăk và Lâm Đồng là những tỉnh bị cháy rừng khá lớn, chỉ tính riêng từ năm 1992 - 2000, bốn tỉnh đó xảy ra 1.825 vụ cháy rừng, gây thiệt hại trên 13.290

ha rừng kinh tế, [7]

Năm 1998, cả nước chịu ảnh hưởng của hiện tượng El Nilo đã xảy ra cháy trên 15.000 ha rừng, làm chết 13 người Năm 2002, đã xảy ra 1.198 vụ cháy rừng, thiệt hại 15.548 ha rừng (4.125 ha rừng tự nhiên và 11.423 ha rừng trồng), trong đó thiệt hại do hai vụ cháy rừng U Minh là 5.415 ha, giá trị lâm sản thiệt hại ước tính khoảng 290 tỷ đồng (theo giá thị trường tại U Minh khoảng 500.000đ/m3), chưa kể hàng chục tỷ đồng chi phí chữa cháy và chi phí để phục hồi phục hồi rừng của nhà nước Ngày 27/3/2006, tại Mù Cang Chải (Yên Bái), cháy 21,5 ha rừng trồng, thiệt hại 100% Ngày 17/3/2006 tại ban quản lý rừng đặc dụng Thanh Thuỷ (Hà Giang) cháy 25,1 ha rừng tự nhiên, thiệt hại 100%, [5] Để tổng hợp tình hình cháy rừng ở Việt Nam chúng tôi thống kê như ở bảng 1.2

Bảng 1.2: Tổng hợp tình hình cháy rừng ở Việt Nam từ năm 1993 - 2003

Tổng cháy rừng kinh tế (ha) Ghi chú

Hình 1.1: Cháy rừng ở Tây nguyên

Từ bảng số liệu (1.2) ta có thể thấy trung bình mỗi năm ở Việt Nam xảy ra 1.290 vụ cháy rừng, gây thiệt hại 3.068 ha rừng tự nhiên và 3.667 ha rừng trồng Đặc biệt từ tháng 1 đến tháng 4 năm 2002, vụ cháy rừng Tràm ở vườn quốc gia U Minh Thượng (Kiên Giang) làm thiệt hại 2.715 ha và U Minh Hạ (Cà Mau) làm thiệt hại 2.703 ha, chưa kể đến những tổn thất về tài nguyên, môi trường… chỉ tính riêng cho công tác chữa cháy đã lên tới 7 - 8 tỷ đồng

Hiện nay, nạn cháy rừng đang trở thành vấn đề nghiêm trọng đối với mọi quốc gia trên thế giới, đặc biệt những nước có diện tích rừng lớn Vì vậy, hạn chế nạn cháy rừng và bảo vệ môi trường sống của cả nhân loại là nhiệm vụ cấp bách không phải chỉ của một quốc gia nào mà của toàn thế giới

1.2 Khái quát về công nghệ chữa cháy rừng

Cháy rừng là một thảm họa thiên nhiên mà bất cứ quốc gia nào trên thế giới đều phải quan tâm, chú trọng đầu tư nghiên cứu, ứng dụng các kỹ thuật phòng, chữa cháy và chế tạo các thiết bị chuyên dụng để chữa cháy rừng nhằm hạn chế đến mức thấp nhất thiệt hại do cháy rừng gây ra.

Đặc điểm của cháy rừng là xảy ra trên một diện tích rộng lớn, điều kiện địa hình phức tạp, xa nguồn nước, tốc độ lan tràn của ngọn lửa lớn, do vậy việc chữa cháy rừng có đặc điểm riêng khác với chữa cháy dân dụng và công nghiệp Việc áp dụng các thiết bị chữa cháy công nghiệp và dân dụng vào chữa cháy rừng là không

có hiệu quả và không phù hợp [26], [35]

Có nhiều công trình nghiên cứu công nghệ chữa cháy rừng trên thế giới, theo các công trình [40], [42], [49], căn cứ vào đặc điểm của vật liệu cháy trong rừng người ta chia cháy rừng thành 3 loại: Cháy trên mặt đất (cháy thảm cỏ cây bụi, lá khô), cháy trên tán cây (cháy dây leo, cành lá trên cây), cháy ngầm (cháy lớp than bùn) Với mỗi một loại cháy rừng, mỗi một loại địa hình thì có các công nghệ và thiết bị chữa cháy cho phù hợp

Theo tài liệu [7], [32], [33], [34], [35], [49], hiện nay các nước trên thế giới đang sử dụng công nghệ chữa cháy rừng trực tiếp và gián tiếp như sau:

* Công nghệ chữa cháy rừng trực tiếp:

Ngăn không cho ôxy tiếp xúc với vật cháy, kỹ thuật sử dụng phương pháp này là dùng hoá chất (bọt khí CO2), dùng đất cát phủ lên vật cháy, phương pháp này thích hợp ở giai đoạn đầu của quá trình cháy

Hạ nhiệt độ của đám cháy xuống dưới điểm cháy, kỹ thuật sử dụng là dùng nước, không khí thu nhiệt của đám cháy để hạ nhiệt độ của đám cháy xuống dưới điểm cháy thì đám cháy bị dập tắt

* Công nghệ chữa cháy rừng gián tiếp:

Cách ly vật liệu cháy: mục đích của phương pháp này là cách ly triệt để giữa vật liệu đã cháy với vật liệu chưa cháy để cho đám cháy không cháy lan ra xung

quanh Kỹ thuật thực hiện phương pháp này là làm các băng trắng hoặc phun nước, hoá chất làm cho vật liệu cháy khó cháy hoặc không cháy được

Căn cứ vào địa hình, loại rừng, loại vật liệu cháy rừng, tác nhân chữa cháy, phương pháp dập lửa, điều kiện kinh tế của các nước khác nhau mà áp dụng các công nghệ và thiết bị chữa cháy khác nhau [25], [26], [35] Hầu hết các nước trên thế giới việc chữa cháy rừng do lực lượng cứu hoả chuyên nghiệp đảm nhận, có trang thiết bị chuyên dụng, được đào tạo về công nghệ, kỹ thuật và chiến thuật chữa cháy rừng

1.3.Tình hình nghiên cứu các thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới

Căn cứ vào điều kiện địa hình, điều kiện kinh tế của mỗi nước mà các nước sử dụng các thiết bị chữa cháy rừng khác nhau Ở các nước công nghiệp phát triển như

Mỹ, Úc, Nhật Bản, Canada thì sử dụng các thiết bị chữa cháy rừng hiện đại như máy bay chữa cháy, xe ôtô chữa cháy,… còn ở các nước công nghiệp đang phát triển như Trung Quốc, Thái Lan, Ấn Độ thì kết hợp các thiết bị chữa cháy hiện đại với các thiết bị chữa cháy nhỏ cầm tay như máy thổi gió, máy bơm nước (phụ lục 02) [28], [35], [49]

Việc nghiên cứu thiết bị chữa cháy rừng chuyên dùng đã được các nước đã quan tâm và tương đối hoàn thiện về công nghệ và thiết bị như máy bay chữa cháy rừng của cảnh sát phòng cháy chữa cháy rừng thuộc liên bang Mỹ, thiết bị này sử dụng ở mọi địa hình, hiệu quả chữa cháy rất cao [33], [34]

Theo tài liệu [32] Công ty Cavan của Pháp, đã nghiên cứu ra xe chuyên dụng chữa cháy rừng với nguồn động lực là xe xích, sử dụng chất chữa cháy là nước, xe

có thể hoạt động ở nơi có địa hình độ dốc < 150

Công ty Morita của Nhật Bản đã nghiên cứu ra nhiều loại xe chữa cháy sử dụng nước, hoá chất để chữa cháy, đó là các loại xe MVCA - 40H, MVCA - 60H, các loại xe này chỉ sử dụng để chữa cháy được ở nơi địa hình rừng bằng phẳng, có đường giao thông thuận lợi, không hoạt động được ở nơi có địa hình phức tạp [43], [44]

Công ty Kanglim của Hàn Quốc đã có nhiều nghiên cứu về xe chữa cháy rừng, nhưng chủ yếu phục vụ ở những nơi có địa hình bằng phẳng, có mạng lưới đường thuận lợi

Wybo và một số tác giả trong tài liệu [34] đã giới thiệu các công trình nghiên cứu về công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng của Mỹ và một số nước, theo tài liệu thì các công trình nghiên cứu về xe chữa cháy, máy bơm nước chữa cháy đã đạt được kết quả rất tốt và hiện nay đã được ứng dụng vào thực tế

Hãng Tohatsu và hãng Rabbit của Nhật Bản đã có nhiều nghiên cứu về máy bơm nước chữa cháy [27] Kết quả nghiên cứu đã tạo ra các loại máy bơm nước có áp lực cao (15 kg/ cm2), lưu lượng bơm từ 5 - 20 m3/ giờ, chiều dài ống đẩy 500 - 1500 m

Một số nước phát triển đã sử dụng công nghệ thông tin, hệ thống định vị vệ tinh trong việc phòng và chữa cháy rừng [30], [31] Với việc ứng dụng công nghệ thông tin này cho phép quản lý tốt tình hình cháy rừng, phát hiện kịp thời đám cháy

và phối kết hợp các thiết bị chữa cháy rừng có hiệu quả

Các nước đang phát triển như Inđônêxia, Philippin, Malaysia, chủ yếu tập trung nghiên cứu các thiết bị chữa cháy rừng cầm tay Theo tài liệu [28], ở Inđônêxia đã có một số công trình nghiên cứu là vỉ dập lửa thủ công, bình bơm nước đeo vai, kết quả nghiên cứu đã tạo ra được vỉ dập lửa thủ công bộ phận dập lửa bằng thép lá

Trung Quốc là nước có nhiều nghiên cứu về thiết bị chữa cháy rừng, theo các tài liệu [36], [37], [38], [39]; Trung Quốc đã nghiên cứu ra nhiều thiết bị chữa cháy rừng như xe chữa cháy rừng có nguồn động lực là máy kéo bánh xích chất chữa cháy là nước, súng bắn hoá chất vào đám cháy, dùng mìn để dập lửa

Tóm lại, chữa cháy rừng là vấn đề được chính phủ các nước rất quan tâm, các công trình nghiên cứu về công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng trên thế giới rất phong phú và đã thu được kết quả rất tốt, các nghiên cứu đã tương đối hoàn thiện,

từ nghiên cứu đã tạo ra các thiết bị sử dụng ngoài thực tế Một tồn tại lớn nhất của các nghiên cứu trên đó là sử dụng chất chữa cháy là nước nên phạm vi hoạt động của thiết bị còn hạn chế Trong thực tế cháy rừng chủ yếu xảy ra vào mùa khô nên không có nguồn nước dẫn đến thiết bị không hoạt động được Do vậy, cần phải nghiên cứu tìm ra các chất chữa cháy sẵn có tại chỗ như không khí và đất cát

1.4 Tình hình nghiên cứu máy chữa cháy rừng bằng sức gió

Xuất phát từ thực tế chữa cháy rừng ở tỉnh Hoắc Long Giang, cục Lâm nghiệp Đại Phong thuộc tỉnh Hoắc Long Giang - Trung Quốc đã sáng chế ra máy dập lửa bằng sức gió Ban đầu người ta cải tiến từ động cơ cưa xăng, máy cắt cỏ Sau đó từng bước nghiên cứu để tạo thành máy dập lửa bằng sức gió chuyên dùng Hiện nay ở Trung Quốc đang sử dụng máy dập lửa bằng sức gió cầm tay loại: CF 2

- 20; CF - 22; 6MF - A do nhà máy cơ khí Lâm nghiệp Tây Bắc chế tạo, máy dập lửa MBH - 29 do nhà máy cơ khí Lâm nghiệp Thái Sơn chế tạo [38], [40] Hình 1.2

là máy dập lửa bằng sức gió do Trung Quốc chế tạo

Hình 1.2: Máy thổi gió

Năm 2000 giáo sư Châu Hồng Bình khoa Cơ điện - Tự động Trường Đại học Nam Kinh Trung Quốc đã thực hiện đề tài nghiên cứu máy dập lửa bằng sức gió [49], kết quả nghiên cứu đã thiết kế, chế tạo ra được máy dập lửa với các thông số

kỹ thuật của máy là: vận tốc gió: 26 m/ giây; lưu lượng gió: 30 m3/ phút; chiều dài ống thổi: 0,7 m Sau đó đã chuyển giao công trình nghiên cứu này cho nhà máy cơ khí Lâm nghiệp Lâm Hải chế tạo Tồn tại của công trình trên đó là vận tốc của không khí thấp, lưu lượng nhỏ, chiều dài ống thổi ngắn

Theo các tài liệu [38], [39], [40], [49] Học viện cảnh sát phòng cháy, chữa cháy rừng Trung Quốc đã có một số công trình nghiên cứu về máy chữa cháy rừng bằng sức gió nhằm cải tiến máy hiện có, để tăng vận tốc và lưu lượng khí thổi Kết quả nghiên cứu đã nâng cao được công suất của máy từ 3,4 KW lên 4,7 KW vận tốc không khí đạt 35 m/giây, lưu lượng không khí 38m3/ phút, nhưng chiều dài ống thổi không tăng (0,7 m)

Năm 2004, Zheng Huaibing và Zhang Nanqun thuộc Học viện cảnh sát chữa cháy rừng Trung Quốc [49] đã nghiên cứu cải tiến máy dập lửa bằng sức gió với bình nước đeo sau lưng người sử dụng, với chất chữa cháy là nước ở dạng sương và không khí để nâng cao hiệu quả dập tắt đám cháy Tồn tại của công trình nghiên cứu này là bình nước rất nhỏ (10 lít) nên sau một thời gian hoạt động là hết nước, mặt khác khối lượng cần phải mang vác của người sử dụng máy là rất nặng nên ảnh hưởng đến sức khoẻ và năng suất làm việc của người chữa cháy

Theo các tài liệu [35], [36], [37], [38], [39] Thì hiện nay ở Trung Quốc có rất nhiều cơ sở nghiên cứu và chế tạo máy chữa cháy rừng bằng sức gió, song các thiết bị chữa cháy vẫn chưa hoàn thiện về kết cấu, về vận tốc và lưu lượng không khí, chiều dài ống thổi Mong muốn của các nhà khoa học là càng nâng cao vận tốc

và lưu lượng không khí càng tốt Mặt khác trọng lượng của thiết bị phải gọn nhẹ

Theo các tài liệu [45], [46], [47], [48] các thiết bị chữa cháy rừng bằng sức gió của Trung Quốc chỉ hoạt động có hiệu quả khi chiều cao ngọn lửa nhỏ, cường

độ cháy thấp, chủ yếu chữa cháy mặt đất, cháy đồng cỏ Việc nâng cao khả năng chữa cháy của thiết bị vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu

Tóm lại: Trung Quốc là nước sáng chế ra máy dập lửa bằng sức gió, đã có

nhiều công trình nghiên cứu về máy này, có nhiều nhà máy, công ty sản xuất ra máy chữa cháy bằng sức gió Nhưng máy dập lửa bằng sức gió vẫn còn nhiều tồn tại cần phải nghiên cứu hoàn thiện như tăng vận tốc và lưu lượng không khí, giảm trọng lượng máy Hiện nay, đang có một số công trình nghiên cứu về hoàn thiện máy này Theo các thông tin mà chúng tôi thu thập được thì chưa có công trình khoa học nào công bố đầy đủ và toàn diện về việc tính toán, thiết kế máy dập lửa bằng sức gió

1.5 Nghiªn cøu c¸c thiÕt bÞ ch÷a ch¸y rõng ë ViÖt Nam

Ở Việt Nam khí hậu phân thành hai mùa rõ rệt, mùa khô kéo dài 3 - 4 tháng, hiện nay có khoảng 1 triệu người sống du canh du cư đốt nương làm rẫy, nên hàng năm đã xảy ra hàng nghìn vụ cháy rừng gây thiệt hại khoảng 7.000 ha, đặc biệt là

vụ cháy rừng Tràm ở vườn quốc gia U Minh Thượng năm 2002 làm thiệt hại khoảng 5.500 ha rừng, gây ra thiệt hại rất lớn về kinh tế, môi trường, chỉ tính riêng

chi phí cho công tác chữa cháy đã lên đến 8 tỷ đồng [5]

Cháy rừng làm thiệt hại rất lớn về kinh tế, tác động rất xấu đến môi trường, tạo ra tâm lí không an tâm cho các nhà đầu tư sản xuất kinh doanh lâm nghiệp trong

và ngoài nước Nhận thức rõ tác hại của cháy rừng gây ra, Chính phủ, các bộ, ban ngành, các tỉnh thành phố và các địa phương đã có nhiều văn bản pháp qui về phòng chống và chữa cháy rừng như: Thông báo số 129-TB/TW ngày 22/4/1998 của Thường vụ Bộ Chính trị, Nghị định 22/CP; Chỉ thị 19/TTg; 177/TTg của Thủ Tướng Chính Phủ [1]

Quyết định 02/QĐ-TTg Ngày 2 tháng 1 năm 2007 của Thủ Tướng chính phủ về phê duyệt Đề án " Nâng cao năng lực phòng cháy chữa cháy rừng cho lực lượng kiểm lâm" giai đoạn 2007 - 2010, tổng vốn đầu tư cho đề án là 502 tỷ đồng, trong đó 50% kinh phí đầu tư cho thiết bị chữa cháy rừng Một nội dung quan trọng của đề án là nghiên cứu phương tiện và thiết bị phòng cháy, chữa cháy rừng tiên tiến phù hợp với điều kiện tự nhiên của từng vùng

Chính phủ đã thành lập Ban phòng chống và chữa cháy rừng từ Trung ương đến địa phương, hàng năm có tập huấn, diễn tập, nhưng số vụ cháy và diện tích rừng bị cháy không giảm được nhiều Nguyên nhân có nhiều nhưng một nguyên nhân quan trọng đó là thiếu các thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng Đối với những

vụ cháy rừng khi mới phát hiện nếu có thiết bị chuyên dụng chữa cháy thì hoàn toàn

có thể dập tắt được dẫn đến giảm được diện tích rừng bị cháy

Trong những năm qua đã có một số công trình nghiên cứu về phòng cháy và chữa cháy rừng Hầu hết các công trình chủ yếu tập trung vào nghiên cứu các giải pháp phòng chống cháy, dự báo cháy rừng, còn nghiên cứu về công nghệ chữa cháy rừng, các thiết bị chữa cháy chuyên dụng là rất ít

Năm 1985, Cục kiểm lâm đã chủ trì đề tài cấp Nhà nước số 04.01.01.07 [8],

về các biện pháp phòng cháy chữa cháy rừng Thông và rừng Tràm Kết quả của đề tài đã đưa ra một số giải pháp phòng chống cháy rừng Thông và rừng Tràm, về thiết

bị chữa cháy chuyên dụng thì đề tài chưa đề cập đến nhiều

Tác giả Phan Thanh Ngọ trong công trình “Nghiên cứu một số biện pháp

phòng cháy, chữa cháy rừng Thông ba lá, rừng Tràm ở Việt Nam” [15], đã nghiên cứu tạo ra được bình bơm nước đeo vai để chữa cháy rừng, thiết bị này đã được Cục

sở hữu công nghiệp cấp giấy chứng nhận kiểu dáng công nghiệp, hiện nay đang được một số đơn vị sử dụng

Một số cơ sở sản xuất kinh doanh rừng, một số trung tâm bảo vệ rừng, một

số vườn quốc gia đã tự nghiên cứu, tự thiết kế chế tạo và nhập về một số máy và thiết bị chữa cháy rừng, nhưng các thiết bị này sử dụng không có hiệu quả, năng suất và khả năng dập lửa thấp, không phù hợp với địa hình và vật liệu cháy rừng rừng bị cháy

Sau vụ cháy rừng U Minh năm 2002 một nhóm tác giả ở thành phố Hồ Chí Minh

đã đề xuất giải pháp phòng chống và chữa cháy rừng tràm U Minh bằng "Hệ thống phun mưa quay", giá thành của hệ thống này theo đề xuất khoảng 250 - 400 tỷ đồng cho 10.000 ha, song nhóm tác giả chưa chứng minh được tính ưu việt về kinh tế - xã hội và sinh thái nên giải pháp này không được chấp nhận

Ông Nguyễn Văn Thanh ở thành phố Hồ Chí Minh đã tìm ra bột chữa cháy rừng, giá thành khoảng 5.000 đồng/kg, song chưa tiến hành khảo nghiệm để chữa cháy rừng ngoài thực tế nên chưa đánh giá được hiệu quả của nó Để rải được chất bột này lên đám cháy là rất khó khăn và cũng phải thiết kế ra một loại máy

Một số đơn vị ở Đồng Nai, Tây Nguyên đã sử dụng máy thổi gió của Trung

Quốc (nhãn hiệu Linhua), loại thiết bị này có trọng lương nặng, độ rung lớn ống thổi ngắn và chất lượng động cơ thấp, nên hiệu quả chữa cháy rừng thấp, thiết bị này chỉ chữa đám cháy rừng nhỏ

Một số đơn vị chữa cháy rừng đang sử dụng xe chữa cháy rừng do Công ty cơ khí ôtô xe máy Thanh Xuân cải tiến từ xe UAZ, xe tải IZUZU , thiết bị này bao gồm hệ thống téc nước, bơm nước đặt trên thùng xe Khi có đám cháy xảy ra xe sẽ dùng hệ thống bơm nước từ téc nước để chữa cháy Nhược điểm của thiết bị này là không tiếp cận được với những đám cháy ở vùng sâu vùng xa, nơi không có đường giao thông

Hình 1.3: Xe chữa cháy được cải tiến từ xe Uoát

Công ty cơ khí Vinapro Khu Công nghiệp Biên Hòa, Đồng Nai đã thiết kế, chế tạo thiết bị chữa cháy gồm hệ thống bơm, téc nước, ống dẫn nước, nguồn động lực là xe công nông, thiết bị này chế tạo ra không sử dụng được vì khả năng di chuyển và ổn định của xe thấp nên không hoạt động được ở điều kiện địa hình rừng không có đường

Từ năm 2003 đến năm 2005 PGS.TS Vương Văn Quỳnh, Trường Đại học Lâm Nghiệp đã chủ trì đề tài nghiên cứu cấp nhà nước: “Nghiên cứu, xây dựng các giải pháp phòng chống và khắc phục hậu quả cháy rừng cho vùng U Minh và Tây Nguyên” [16] Kết quả của đề tài đã xây dựng được các giải pháp phòng chống và khắc phục hậu quả do cháy rừng, công trình cũng chưa nghiên cứu sâu về các thiết bị chữa cháy rừng

Tác giả Lê Đình Thơm, trong công trình nghiên cứu [24], đã nghiên cứu hiệu quả dập lửa của một số loại dụng cụ thủ công chữa cháy cho rừng trồng ở tỉnh Quảng Trị, kết quả nghiên cứu đã xác định được năng suất và hiệu quả dập lửa bằng cành cây, vỉ dập lửa, bàn dập lửa

Từ năm 2006 đến năm 2007, TS Dương Văn Tài, Trường Đại học Lâm nghiệp đã thực hiện đề tài cấp cơ sở: “Nghiên cứu khảo nghiệm và cải tiến các thiết

bị chữa cháy rừng sử dụng đất cát, không khí và nước ở dạng sương” [17], kết quả

của đề tài đã cải tiến máy thổi gió của Trung Quốc tạo ra máy thổi gió có lưu lượng

và vận tốc không khí lớn hơn, đề tài cũng chưa có nghiên cứu toàn diện và sâu về máy chữa cháy bằng sức gió mà chỉ tập trung vào phần thiết kế, cải tiến Trong đề tài này tôi cũng là cộng tác viên tham gia nghiên cứu, một số kết quả của đề tài cấp

cơ sở [17] được chúng tôi sử dụng trong luận văn thạc sỹ này

Tóm lại: Cháy rừng là một vấn đề được Chính phủ, các cấp, các ngành và toàn xã

hội quan tâm, nhưng diện tích rừng bị cháy hàng năm vẫn chưa giảm, nguy cơ cháy rừng rất cao do biến đổi của khí hậu trái đất, nhưng các công trình nghiên cứu về thiết bị chuyên dùng để chữa cháy rừng ở nước ta có rất ít Đã có một số công trình nghiên cứu về dự báo cháy rừng, phòng chữa cháy mang lại hiệu quả rất lớn, còn các công trình nghiên cứu về thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng thì chưa có Việc nghiên cứu tạo ra các thiết bị chữa cháy rừng chuyên dụng phù hợp với điều kiện địa hình, loại rừng, loại vật liệu cháy rừng, phù hợp với tác nhân chữa cháy tại chỗ là hết sức cần thiết và kịp thời trong giai đoạn hiện nay

1.6 Đề xuất hướng cải tiến thiết bị chữa cháy rừng

Sau khi nghiên cứu, phân tích ưu nhược điểm và điều kiện áp dụng của các thiết

bị chữa cháy rừng ở trên thế giới cũng như ở Việt Nam tôi thấy rằng:

- Chữa cháy rừng ở các nước có nền Lâm nghiệp phát triển sử dụng chủ yếu là ôtô và máy bay để chữa cháy Đây là 2 thiết bị chữa cháy có hiệu quả cao, nhưng áp dụng vào điều kiện Việt Nam là không phù hợp;

- Các thiết bị chữa cháy rừng ở Việt Nam không đạt được yêu cầu, không phù hợp với điều kiện địa hình và kinh tế

Xuất phát từ các thiết bị chữa cháy rừng hiện có ở Việt Nam cùng với nguyên lý dập tắt đám cháy bằng không khí, tôi đề xuất hướng nghiên cứu thiết bị chữa cháy đó là:

+ Nghiên cứu máy chữa cháy bằng sức gió để tăng lưu lượng không khí, tăng vận tốc không khí, tăng chiều dài ống thổi, giảm trọng lượng máy, giảm rung động, để nâng cao năng suất và hiệu quả của quá trình chữa cháy rừng

Chương 2

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng và thiết bị nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

2.1.1.1 Đối tượng của quá trình chữa cháy rừng

Theo các kết quả nghiên cứu trong các công trình [16], [24] và kết quả điều tra, khảo sát chúng tôi thấy rằng đối tượng của quá trình chữa cháy rừng chính là thông số của đám cháy và địa hình của khu rừng bị cháy Mặt khác, thông số của đám cháy lại phụ thuộc vào thông số của vật liệu cháy của khu rừng bị cháy Do vậy, đối tượng chính của quá trình chữa cháy đó là vật liệu cháy rừng và địa hình Căn cứ vào kết quả điều tra, khảo sát chúng tôi chia vật liệu cháy rừng thành 4 loại chính:

- Vật liệu cháy rừng của rừng tự nhiên thường xanh: rừng tự nhiên thường xanh có diện tích lớn nhất, khoảng 9 ntriệu ha, chiếm 80% diện tích rừng của cả nước Đặc điểm của vật liệu cháy rừng loại rừng này là lá khô, cành khô, dây leo, bụi rậm, độ ẩm lớn Do thường xanh nên nguy cơ cháy rừng thường không cao Số

vụ cháy rừng thường xanh là rất ít

- Vật liệu cháy rừng của rừng tự nhiên lá rụng (rừng khộp): vật liệu cháy rừng loại rừng này bao gồm các loại cỏ (cỏ lác, cỏ xước, cỏ mỹ…), lá khô, cành mục… Loại rừng này nguy cơ xảy ra cháy là rất cao, hàng năm có hàng trăm vụ cháy xảy ra Loại rừng này có diện tích lớn chủ yếu tập trung ở Tây nguyên (phụ lục 3)

- Vật liệu cháy rừng của rừng trồng: đối với rừng trồng, vật liệu cháy rừng chủ yếu bao gồm lá khô, các loại cỏ (cỏ lác, cỏ lau, cỏ chanh, cỏ xước…) (phụ lục 3) loại rừng này cũng có nguy cơ cháy là rất cao, hàng năm có hàng nghìn vụ cháy rừng xảy ra Diện tích rừng trồng của cả nước hiện nay khoảng 1,4 triệu ha [7]

- Vật liệu cháy rừng của rừng tràm: đối với rừng tràm tự nhiên thì vật liệu cháy rừng gồm thảm mục, lá khô, cỏ khô, dây leo (cây choại), lau lách, chít… Nguy cơ xảy

ra cháy ở loại rừng này rất cao Loại rừng này chủ yếu tập trung ở miền Tây nam bộ

Từ kết quả nghiên cứu trên chúng tôi thấy đối với mỗi loại vật liệu cháy rừng khác nhau thì có công nghệ chữa cháy rừng khác nhau, thiết bị chữa cháy khác nhau, chất chữa cháy cũng khác nhau Đối với 4 loại vật liệu cháy rừng đã nêu ở trên thì chữa cháy bằng tác nhân là không khí chỉ phù hợp với vật liệu cháy rừng là rừng trồng và rừng khộp Còn việc chữa cháy rừng tràm thì chủ yếu là dùng máy bơm nước, chữa cháy rừng tự nhiên thì chủ yếu là làm băng trắng cách ly

Từ những lý do trên mà đối tượng nghiên cứu trong phạm vi đề tài này chủ yếu là vật liệu cháy rừng của rừng trồng, đây là loại rừng thường xuyên xảy ra nhiều

vụ cháy nhất và diện tích loại rừng này khá lớn

Cùng với vật liệu cháy rừng, một yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến quá trình chữa cháy đó là địa hình rừng, địa hình rừng phản ánh bởi độ dốc của rừng Đối với rừng trồng ở Việt Nam thì độ dốc trung bình khoảng từ 300 - 400 Do hạn chế về thời gian nên đề tài này chúng tôi chỉ tập trung nghiên cứu ở một độ dốc trung bình đặc trưng nhất đó là độ dốc từ 300 - 400 Còn ở các độ dốc khác cần phải được nghiên cứu ở các đề tài tiếp theo

2.1.1.2 Đặc điểm của đám cháy rừng

Các đám cháy rừng có đặc điểm khác với các đám cháy khác đó là:

- Diện tích đám cháy lớn có thể lên đến hàng trăm ha;

- Chiều cao ngọn lửa lớn, cháy trên mặt đất, cháy dưới mặt đất, cháy trên tán cây…;

- Cháy rừng thường xảy ra ở những nơi điều kiện địa hình phức tạp độ dốc lớn, không có đường giao thông, xa khu dân cư…

- Cháy rừng thường xảy ra vào mùa khô nên không có nguồn nước hoặc cách

xa nguồn nước;

- Tốc độ đám cháy nhanh tạo ra luồng gió lớn

Từ những đặc điểm của đám cháy rừng nêu trên, đó chính là căn cứ khoa học

để nghiên cứu, tính toán, thiết kế tạo ra thiết bị chữa cháy cho phù hợp, đó là thiết bị gọn nhẹ di động được trên địa hình dốc, chất chữa cháy sử dụng tại chỗ có thể sử dụng không khí hoặc đất cát

2.1.1.3 Các thông số của vật liệu cháy rừng

Vật liệu cháy rừng của rừng trồng hay còn gọi là vật liệu cháy trong rừng, đây là yếu tố quyết định đến tốc độ cháy lan, chiều cao ngọn lửa, nhiệt độ đám cháy Căn cứ vào các yếu tố trên mà người ta lựa chọn công nghệ và thiết bị chữa cháy phù hợp để đạt được hiệu quả cao nhất Do vậy việc nghiên cứu thông số của vật liệu cháy rừng, nó là cơ sở khoa học cho việc thiết kế, tạo ra các thiết bị chữa cháy phù hợp Thông số của vật liệu cháy rừng bao gồm các yếu tố sau:

- Loại vật liệu cháy rừng bao gồm:

+ Loại vật liệu cháy rừng là lá cây, cành cây (đối với rừng thông);

+ Loại vật liệu cháy rừng lá cây cộng với cỏ khô (rừng trồng);

+ Loại vật liệu cháy rừng là các loại cỏ khô;

+ Loại vật liệu cháy rừng gồm lá khô, cỏ khô, thảm mục, dây leo (rừng tràm tự nhiên)

- Chiều cao vật liệu cháy rừng: vật liệu cháy rừng có chiều cao lớn thì ngọn lửa cháy càng cao, khả năng chữa cháy càng khó khăn Chiều cao vật liệu cháy rừng phụ thuộc vào từng loại rừng, loại vật liệu cháy rừng Đối với vật liệu cháy rừng là lau, lách, chít thì chiều cao vật liệu cháy rừng lên đến 2m

- Khối lượng vật liệu cháy rừng trên 1m2 diện tích: khối lượng vật liệu cháy rừng trên 1m2

diện tích là thông số đánh giá vật liệu cháy rừng dày hay mỏng Khối lượng vật liệu cháy rừng trên 1m2 diện tích càng lớn thì vật liệu cháy rừng càng dày, khi cháy thì nhiệt độ đám cháy cao, cường độ cháy lớn nên khả năng chữa cháy khó khăn hơn Đối với rừng trồng không chăm sóc thì sau khoảng 3 - 4 năm vật liệu cháy rừng có chiều dày lên đến 1m

- Độ ẩm của vật liệu cháy rừng: độ ẩm của vật liệu cháy rừng ảnh hưởng đến khả năng bắt lửa, ảnh hưởng đến tốc độ cháy lan, cường độ cháy Độ ẩm của vật liệu cháy càng nhỏ thì tốc độ cháy nhanh, cường độ cháy lớn

- Độ xốp của vật liệu cháy trong rừng: vật liệu cháy rừng có độ xốp càng lớn thì khả năng cháy càng nhanh, chiều cao ngọn lửa càng lớn Theo kết quả nghiên cứu, nếu cùng

khối lượng vật liệu cháy trên 1m2 diện tích như nhau, độ ẩm như nhau, nếu nén vật liệu cháy lại thì tốc độ cháy giảm đi 70%, chiều cao ngọn lửa cũng giảm đi 70% Từ kết quả nghiên cứu này chúng ta có thể đưa ra công nghệ chữa cháy phù hợp [8]

Nhận xét: Từ những đặc điểm của đám cháy rừng và các thông số của vật

liệu cháy rừng chúng tôi có một số nhận xét như sau:

- Căn cứ vào đặc điểm của đám cháy, thông số của vật liệu cháy rừng trong rừng, người chữa cháy có thể lựa chọn công nghệ và thiết bị chữa cháy cho phù hợp thì mới mang lại hiệu quả chữa cháy cao

- Từ kết quả nghiên cứu các thông số của vật liệu cháy rừng mà chúng ta có thể nghiên cứu tạo ra các thiết bị chữa cháy cho phù hợp đáp ứng được yêu cầu chữa cháy

- Từ những kết quả nghiên cứu về thông số của vật liệu cháy rừng mà người

ta đưa ra các giải pháp phòng cháy có hiệu quả

2.1.1.4 Các thông số của đám cháy rừng

- Thời gian cháy:Thời gian cháy là thời gian được tính từ thời điểm xuất hiện

đám cháy cho đến khi nó bị dập tắt hoàn toàn Thời gian cháy được ký hiệu là , tính bằng phút Thời gian cháy trong thực tế công tác phòng cháy, chữa cháy hiện nay đang được hiểu là quãng thời gian từ lúc phát hiện đám cháy cho đến khi đám cháy được dập tắt hoàn toàn

- Diện tích đám cháy: Diện tích đám cháy là diện tích hình chiếu bằng hay

đứng của vùng cháy Diện tích đám cháy ký hiệu là Sc, đơn vị tính bằng m2

Diện tích đám cháy là một trong những thông số cơ bản của đám cháy, đặc biệt là nó được sử dụng trong việc xác định phương pháp, biện pháp chữa cháy, lực lượng, phương tiện chữa cháy cũng như chiến thuật dập tắt đám cháy

- Nhiệt độ đám cháy: Nhiệt độ đám cháy được tính là nhiệt độ của ngọn lửa

Nhiệt độ đám cháy được ký hiệu là Tc, đơn vị 0K (hoặc ký hiệu tc, đơn vị 0C) Nhiệt

độ đám cháy là một trong những thông số quan trọng, vì nó được sử dụng trong việc xác định phương pháp và dụng cụ chữa cháy

- Vận tốc cháy lan: vận tốc cháy lan là tốc độ lan truyền của ngọn lửa trong

một đơn vị thời gian Thông số này biểu hiện sự lan truyền ngọn lửa trên bề mặt chất cháy, được tính bằng công thức sau:

Trong đó: llt - Khoảng cách lan truyền của ngọn lửa (m);

 - Thời gian lan truyền của ngọn lửa (phút)

Vận tốc cháy lan được sử dụng để xác định diện tích đám cháy, nó quyết định tốc độ phát triển của đám cháy Vận tốc cháy lan phụ thuộc bởi dạng, khả năng bốc cháy và nhiệt độ ban đầu của chất cháy, cường độ trao đổi khí và hướng của dòng đối lưu ở đám cháy, kích thước và sự phân bố chất cháy trong không gian Cháy rừng thì vật liệu là chất rắn nên có vận tốc cháy lan thấp, để chuẩn bị bốc cháy được chất rắn cần có một lượng nhiệt tương đối lớn Vận tốc cháy lan của chất rắn phụ thuộc vào tất

cả các yếu tố và đặc biệt là sự phân bố của chúng trong không gian

- Nhiệt lượng của đám cháy: nhiệt lượng của đám cháy là số lượng nhiệt phát

ra từ đám cháy trong một đơn vị thời gian Nhiệt lượng của đám cháy được tính theo công thức sau:

Qc =  Vm Sc Qt (KJ/ s) ( 2.2 ) Trong đó:  - Hệ số cháy an toàn;

Vm -Vận tốc cháy hoàn toàn (kg/m2s);

Sc - Diện tích đám cháy (m2);

Qt - Nhiệt lượng cháy thấp (KJ/kg)

Kích thước của đám cháy được xác định bởi thể tích vùng cháy Năng lượng của đám cháy được đặc trưng bởi cường độ toả nhiệt của nó

Ngoài những thông số nêu trên ở đám cháy còn có một vài thông số khác như chu vi cháy, mặt lửa, chiều cao ngọn lửa, cường độ bức xạ nhiệt…

2.1.1.5 Các quá trình cơ bản của cháy rừng

Trong những đám cháy rừng các vật liệu đều trải qua 3 giai đoạn cháy, để hoàn thành 3 giai đoạn cháy phải có mặt của ba nhân tố trong tam giác lửa và có đủ nhiệt lượng cung cấp cho quá trình cháy:

- Giai đoạn đầu (Giai đoạn tích nhiệt): khi vật liệu cháy tiếp xúc với nguồn nhiệt, ở nhiệt độ 1000

C - 1500C nước tự do trong mạch dẫn của vật liệu bị bốc hơi

và nước liên kết hoá học có trong chúng cũng bị phân ly Sau khi cả hai loại nước trên bay hơi hết vật liệu cháy sẽ hoàn toàn khô kiệt, nhiệt độ của vật liệu cháy tăng nhanh ở nhiệt độ khoảng 2500C là quá trình phân giải vật liệu, giai đoạn này không còn phân giải khi nguồn nhiệt bên ngoài không còn nữa

- Giai đoạn thứ hai (Giai đoạn cháy thể tích): ở nhiệt độ 2750C - 3500C vật liệu bị phân giải rất nhanh sau đó quá trình phân giải được hoàn thành và tạo ra chất khí như: CO2; C2H2; H2; C2H4; CH3OH; CH3COOH… Kèm theo đó là sự xuất hiện ngọn lửa cháy thể tích trong những phản ứng hoá học ở giai đoạn này quá trình cháy có khả năng tự duy trì mà không cần nguồn nhiệt cung cấp thêm từ bên ngoài

- Giai đoạn thứ ba (Giai đoạn cháy than gỗ): đây là giai đoạn cuối cùng của

sự cháy Trước khi quá trình này diễn ra vật liệu cháy bị phân huỷ thành hai dạng là các chất khí và than Khi vật liệu cháy đạt trên 3500C, những chất khí cháy hết tiếp

đó sẽ xuất hiện cháy than gỗ (không có ngọn lửa) và cuối cùng để lại tàn tro Vật liệu cháy ở giai đoạn này có thể gây nên những nguồn lửa mới

2.1.1.6 Các nhân tố ảnh hưởng đến cháy rừng

- Đặc trưng của lâm phần: Đặc trưng của lâm phần có ảnh hưởng trực tiếp

hoặc gián tiếp đến tính chất của vật liệu cháy, từ đó ảnh hưởng tới sự phát sinh, phát

triển của cháy rừng Đặc điểm của lâm phần bao gồm các yếu tố sau:

Cấu trúc của lâm phần: Các loại cây khác nhau có đặc điểm sinh vật học, đặc

biệt là thành phần hoá học khác nhau Những loài cây ưa sáng, nhiều nhựa rất dễ cháy, những cây có vỏ, lá dày và nhiều nước khó cháy Rừng thuần loài dễ xẩy ra cháy và cháy mạnh hơn rừng hỗn loài trong cùng điều kiện, rừng già cành lá khô nhiều dễ xảy

ra cháy bề mặt

Cấu trúc tầng thứ của rừng có ảnh hưởng hai mặt đến cháy rừng Rừng một tầng mật độ thưa, khả năng tỉa cành mạnh và thảm tươi cây bụi phát triển thường xảy ra cháy trên mặt đất Trong khi đó ở rừng hỗn giao nhiều tầng có độ khép tán lớn, hạn chế sự phát triển của thảm tươi cây bụi nhưng khi cháy mặt đất dễ chuyển thành cháy tán

Tuổi của các loại cây rất có ý nghĩa với các quá trình cháy rừng Trong rừng non cây rừng thường sinh trưởng nhanh, hàm lượng nước cao nên khó cháy Nhưng nếu rừng trung niên có mật độ dày, tỉa thưa tự nhiên mạnh, cành khô lá rụng nhiều càng dễ cháy bề mặt Rừng già khả năng cháy rất cao do hàm lượng nước thấp, trong rừng nhiều cây chết, tích tụ nhiều cành khô lá rụng…

Kiểu rừng: Nhìn chung các kiểu rừng lá kim, rừng lá rộng có chứa nhiều tinh

dầu (long não, trám) dễ cháy hơn rừng lá rộng thường xanh

- Vật liệu cháy: Vật liệu cháy là một mặt của tam giác lửa, tính chất và sự phân bố của vật liệu cháy trong không gian ảnh hưởng quyết định đến sự phát sinh phát triển của đám cháy Vì vậy trong việc phân tích bất kỳ một đám cháy cũng cần phải quan tâm tới vật liệu cháy Đặc trưng cơ bản của vật liệu cháy ảnh hưởng tới cháy rừng bao gồm: kích thước, sự sắp xếp, độ ẩm, khối lượng và dạng vật liệu

- Kích thước vật liệu: Kích thước vật liệu có liên quan nhiều đến việc nhận nhiệt

và oxy Vì vậy kích thước vật liệu có ảnh hưởng đến tốc độ cháy, nó là tiêu chuẩn quan trọng trong việc xác định tốc độ cháy của vật liệu: Vật liệu có kích thước nhỏ dễ cháy, tốc độ cháy nhanh nhưng nhiệt lượng thấp hơn vật liệu có kích thước lớn

- Sự sắp xếp phân bố của vật liệu: Sự sắp xếp phân bố của vật liệu có liên

quan nhiều đến bề mặt đón nhiệt, tiếp xúc với oxy và tốc độ bốc hơi của nó Do đó

đã ảnh hưởng trực tiếp tới hướng cháy, tốc độ lan tràn, cường độ và loại cháy Chẳng hạn sự sắp xếp vật liệu theo chiều ngang ảnh hưởng đến tốc độ lan tràn và cường độ của đám cháy Vật liệu được xếp gần nhau sẽ cháy với cường độ lớn, nhiệt lượng sinh ra nhiều làm cho đám cháy lan tràn nhanh Vật liệu xếp theo chiều đứng với tầng tán của rừng sẽ ảnh hưởng quyết định đến tốc độ lan tràn và khả năng

hình thành cháy tán Khi có sự phân tách rõ ràng giữa vật liệu trên tán và bề mặt đất

thì khả năng đám cháy lan lên tán cây được hạn chế thấp nhất

- Độ ẩm của vật liệu cháy: Độ ẩm của vật liệu là tỷ lệ phần trăm giữa lượng nước có trong vật liệu cháy với khối lượng của vật liệu Độ ẩm của vật liệu cháy ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng bén lửa, điểm cháy và khả năng duy trì ngọn lửa Độ ẩm của vật liệu cháy ở rừng thay đổi theo thời tiết nắng, mưa

Độ ẩm của vật liệu cháy được tính theo độ ẩm tương đối và độ ẩm tuyệt đối Khi độ ẩm của vật liệu dưới 10% thì rất dễ bén lửa và bốc cháy, còn khi độ ẩm lớn hơn 30% thì khó cháy ở thời điểm đầu Khi đám cháy đã phát triển đến một giai đoạn nhất định thì độ ẩm của vật liệu không còn đóng vai trò quyết

định nữa mà ảnh hưởng lớn nhất là khối lượng vật liệu cháy

- Khối lượng vật liệu cháy: Khối lượng vật liệu cháy (tấn/ha) có ảnh hưởng

quyết định đến lượng nhiệt toả ra của một đám cháy do đó ảnh hưởng đến cường độ cháy, chiều cao ngọn lửa và tốc độ lan tràn của đám cháy theo [5] Khối lượng vật liệu cháy ảnh hưởng đến cường độ cháy thông qua công thức:

Trong đó: H - nhiệt lượng của vật liệu (KJ/kg);

W - khối lượng vật liệu cháy có sẵn (tấn/ha);

R - tốc độ cháy lan của ngọn lửa phía trước (m/phút)

Để giảm cường độ cháy cần phải giảm khối lượng vật liệu cháy Song giải pháp này tốn nhiều công sức khi khối lượng và diện tích rừng lớn

- Khí hậu và thời tiết: Từ thực tiễn ta thấy rằng khí hậu và thời tiết có quan

hệ chặt chẽ với cháy rừng Khí hậu và thời tiết khô hanh làm cho độ ẩm của vật liệu cháy giảm dẫn đến rất dễ cháy rừng Để đặc trưng cho khí hậu và thời tiết người ta dùng các thông số như nhiệt độ, độ ẩm của không khí, gió

- Nhiệt độ của không khí: Nhiệt độ của không khí là một trong những yếu tố khí tượng quan trọng nhất ảnh hưởng tới cháy rừng Nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình bốc hơi thoát nước của quá trình cháy

Khi nhiệt độ cao làm cho quá trình bốc hơi nước của vật liệu cháy nhanh sớm đạt đến điểm bén lửa làm cho quá trình cháy dễ xảy ra Sự thay đổi của nhiệt

độ không khí là nguyên nhân chủ yếu dẫn tới sự thay đổi các yếu tố khí tượng cơ bản và ảnh hưởng tổng hợp đến cháy rừng

- Độ ẩm của không khí: Độ ẩm tương đối của không khí là tỷ lệ phần trăm giữa

lượng hơi nước có trong không khí với lượng hơi nước bão hoà lớn nhất Độ ẩm càng cao lượng hơi nước có trong không khí càng nhiều làm cho độ ẩm của vật liệu cháy tăng lên từ đó ảnh hưởng đến quá trình cháy rừng Độ ẩm của không khí ảnh hưởng đến nồng

độ oxy có trong không khí, độ ẩm lớn hơn thì nồng độ oxy trong không khí giảm Độ ẩm không khí thay đổi theo thời gian trong ngày, độ ẩm thấp nhất từ 12h - 14h

- Gió: Gió là yếu tố quan trọng trong việc xác định mức độ lan tràn và cường

độ của đám cháy Gió làm biến đổi nhiệt độ, độ ẩm không khí và độ ẩm của vật liệu cháy, cung cấp oxy cho quá trình cháy, làm cho vật liệu phía trước đám cháy nhanh khô dễ bén lửa Khi tốc độ gió đạt 6 - 7 m/s sự phát triển của lửa rừng tăng lên rõ rệt, khi tốc độ gió khoảng 15 - 20 m/s thì sự phát triển của đám cháy tăng lên một cách đột ngột và đạt đến mức độ nguy hiểm

Để xem xét tốc độ gió ảnh hưởng đến quá trình cháy có thể sử dụng công thức sau [5]: 

V

.5,01.2' W

Trong đó: V1- tốc độ của không khí đi vào đám cháy;

W’- tốc độ tổng hợp của sự di chuyển chất khí;

C - hằng số phụ thuộc vào nồng độ oxy trong không khí;

t - nhiệt độ không khí xung quanh đám cháy;

V1 = .(1 0,5. ).

t

Như vậy khi cháy rừng xảy ra không khí bị hút vào đám cháy lớn tạo ra gió

Tóm lại: có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy rừng, các yếu tố này chính

là cơ sở khoa học để ta đưa ra các giải pháp phòng cháy và chữa cháy rừng

2.1.2 Thiết bị nghiên cứu

Từ những tồn tại của các thiết bị chữa cháy rừng đã nên ở trên, dựa vào kết quả nghiên cứu thăm dò và các kết quả nghiên cứu trong các công trình [17], chúng tôi đề xuất thiết bị nghiên cứu như sau:

2.1.2.1 Cấu tạo của máy chữa cháy rừng tác nhân chữa cháy là không khí

Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo thiết bị chữa cháy rừng bằng sức gió

1- Khâu nối lắp vỏ quạt 2- Vỏ quạt gió ; 3- Trục nối động cơ; 4- Cánh quạt gió 5- Tấm chắn buồng quạt ; 6- ống thổi gió ; 7- Động cơ

2.1.2.2 Nguyên lý hoạt động của thiết bị chữa cháy rừng

Khi động cơ hoạt động dẫn đến chuyển động quay của quạt gió (do quạt gió được nối trực tiếp với động cơ qua hệ thống trục) Dưới tác dụng của lực ly tâm không khí trong quạt chuyển động theo các rãnh của các cánh Do động cơ

có số vòng quay lớn nên quạt gió tạo ra lượng không khí có lưu lượng, vận tốc

và áp suất lớn, khi thổi vào đám cháy, không khí có tác dụng làm giảm nhiệt độ

của quá trình cháy xuống dưới nhiệt độ cần cho sự cháy dẫn đến đám cháy được dập tắt

Từ mô hình và nguyên lý làm việc của máy chữa cháy rừng đã nêu ở trên bài toán đặt ra cần phải giải quyết đó là:

- Xác định được lưu lượng, áp lực và vận tốc không khí của quạt gió để dập tắt được đám cháy

- Xác định được chiều dài ống thổi cần thiết để người chữa cháy rừng có thể tiếp cận được đám cháy thì mới chữa cháy được

- Tính toán được công suất động cơ, trọng lượng của máy để năng suất chữa cháy cao, hiệu quả chữa cháy lớn, người sử dụng dễ dàng mang vác di chuyển trên địa hình dốc

Tất cả các vấn đề trên được chúng tôi giải quyết ở các chương tiếp theo

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết sử dụng trong đề tài là áp dụng phương pháp nghiên cứu của lý thuyết cháy chất rắn, lý thuyết tính toán quạt gió Nội dung của phương pháp này có thể tóm tắt như sau:

- Từ quá trình làm việc của thiết bị lập ra sơ đồ tính toán, vận dụng phương pháp toán cơ để lập ra các phương trình tính toán lưu lượng, vận tốc và áp lực không khí, từ đó khảo sát sự phụ thuộc của các đại lượng nghiên cứu vào các thông

số ảnh hưởng để rút ra kết luận cần thiết Nội dung của phương pháp này được trình bày trong các tài liệu [20]; [21]; [23]

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Phương pháp đo các đại lượng nghiên cứu trong luận văn được thực hiện theo phương pháp đo lường các đại lượng trong khí tượng thuỷ văn Nội dung của phương pháp cũng như việc xử lý các kết quả được trình bày trong các tài liệu [9], [16]

Việc tổ chức và tiến hành thí nghiệm xác định lưu lượng, áp lực, vận tốc không khí

và thời gian dập tắt đám cháy được tiến hành theo phương pháp thống kê toán học và phương pháp kế hoạch hoá thực nghiệm, việc lập kế hoạch và tổ chức thực nghiệm cũng

như xử lý các số liệu thí nghiệm được trình bày rõ trong các tài liệu [6], [10], [12], [13], [19], [22] Do vậy, ở đây cũng chỉ trình bày việc áp dụng các kết luận đó vào các bài toán

cụ thể

Việc áp dụng các phương pháp nghiên cứu nêu trên sẽ được trình bày cụ thể ở các chương tiếp theo khi tiến hành nghiên cứu từng nội dung

Chương 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CHỮA CHÁY RỪNG

BẰNG SỨC GIÓ

3.1 Nguyên lý của quá trình cháy

3.1.1 Bản chất của quá trình cháy

Quá trình cháy là những quá trình hoá - lý phức tạp của phản ứng oxy hoá khử giữa chất cháy và chất oxy hoá tạo thành sản phẩm cháy

Phương trình phản ứng cháy của cellulose:

(C6H10O5)n + O2 + Nhiệt gây cháy CO2 + H2O + Nhiệt lượng (3.1) Như vậy, cháy là những phản ứng hoá học có toả nhiệt và phát sáng Bản chất bên trong của sự cháy chính là những phản ứng hoá học của chất cháy và chất oxy hoá, chúng khác với các phản ứng oxy hoá khác là tốc độ phản ứng xảy ra rất nhanh và giải phóng ra một lượng nhiệt lớn Lượng nhiệt này nung nóng các sản phẩm phân huỷ nhiệt của chất cháy và sản phẩm cháy đến nhiệt độ cao làm chúng bức xạ ánh sáng, nhiệt và ánh sáng chỉ là kết quả biểu hiện bên ngoài của phản ứng

3.1.2 Các điều kiện của quá trình cháy

Phản ứng cháy muốn xảy ra và tồn tại phải có đủ 3 yếu tố đó là: chất cháy, chất oxy hoá và nguồn nhiệt Trong đó chất cháy và chất oxy hoá đóng vai trò là những chất tham gia phản ứng, còn nguồn nhiệt là tác nhân cung cấp năng lượng cho phản ứng xảy ra Dưới đây ta xem xét cho từng yếu tố:

- Chất cháy (vật liệu cháy): là những chất có khả năng tham gia phản ứng cháy với chất oxy hoá Vật liệu cháy là chất có khả năng bén lửa và bốc cháy trong điều kiện có đủ nguồn nhiệt và oxy Đối với vật liệu cháy ở rừng gồm: Cành lá, thảm thực vật, cây bụi… Vật liệu cháy là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng lớn nhất đến quá trình cháy rừng Trong vật liệu cháy thì thành phần hoá học và độ ẩm

là hai thông số quan trọng nhất ảnh hưởng đến quá trình cháy rừng Độ ẩm của vật liệu cháy càng cao thì phản ứng cháy càng khó thực hiện

- Chất oxy hoá: Chất oxy hoá là những chất tham gia phản ứng hoá học với chất cháy tạo nên sự cháy Chất oxy hoá trong phản ứng cháy có thể là oxy nguyên chất, oxy của không khí, oxy sinh ra do các hợp chất chứa oxy bị phân huỷ Trong không khí có khoảng 21 - 23% oxy, tỷ lệ này thuận lợi cho quá trình cháy Khi nồng

độ oxy giảm xuống dưới 15% thì không còn khả năng duy trì sự cháy

- Nguồn nhiệt: Nguồn nhiệt là nguồn cung cấp năng lượng cho phản ứng cháy xảy ra, nó là một yếu tố cần thiết không thể thiếu để sự cháy phát sinh và tồn tại Để quá trình cháy xảy ra cần phải có nguồn nhiệt ban đầu (gọi là điểm bén lửa) thông thường đối với vật liệu ở trong rừng điểm bén lửa trong khoảng 220 - 2500C (ở độ ẩm 15 - 20%) Nguồn nhiệt của sự cháy có thể là: Ngọn lửa của những vật đang cháy, tia lửa điện, vật thể được nung nóng, hoặc có thể là nhiệt của phản ứng hoá học, của quá trình vật lý (hấp thụ, hoà tan), nhiệt của quá trình sinh hoá (phân huỷ, lên men) và cũng có thể chính là nhiệt độ của môi trường (trường hợp tự cháy) Với mỗi hỗn hợp của chất cháy và chất oxy hoá khác nhau để có sự cháy xảy ra thì yêu cầu năng lượng và nguồn nhiệt là khác nhau

Khi có đủ 3 yếu tố cần thiết cho sự cháy nói trên, sự cháy chưa chắc đã xảy

ra mà cần có các điều kiện khác kèm theo đó là:

- Các yếu tố cần thiết tiếp xúc trực tiếp với nhau, nếu không có sự tiếp xúc thì không có sự tương tác hoá học giữa chất cháy và chất oxy hoá xảy ra và do đó sẽ không có phản ứng cháy

- Nồng độ của chất cháy và chất oxy hoá phải ở trong phạm vi giới hạn nồng độ bốc cháy Ta đã biết rằng tốc độ của phản ứng hoá học phụ thuộc vào nồng độ các chất tham gia phản ứng, nếu nồng độ của chất cháy hoặc chất oxy hoá nằm ngoài phạm vi giới hạn nồng độ bốc cháy thì tốc độ của phản ứng hoá học không đủ lớn để tạo ra lượng nhiệt làm hỗn hợp bốc cháy đó chỉ là phản ứng oxy hoá đơn thuần

- Nguồn nhiệt phải nung nóng được hỗn hợp chất cháy và chất oxy hoá, hỗn hợp cháy tới một nhiệt độ nhất định đó là nhiệt độ tự bốc cháy của hỗn hợp Nghiên

cứu những yếu tố cần thiết cho sự cháy là một trong những cơ sở khoa học để từ đó

đề ra biện pháp an toàn và chữa cháy phù hợp Để sự cháy không xảy ra hoặc làm ngưng sự cháy ta chỉ cần loại trừ một trong ba yếu tố cần thiết cho sự cháy nói trên

3.2 Đặc điểm của quá trình cháy rừng

3.2.1 Cấu trúc của ngọn lửa khuyếch tán khi cháy rừng

Muốn cháy được, các chất rắn phải có quá trình nhiệt phân để tạo ra hơi và khí cháy Sản phẩm nhiệt phân hỗn hợp với không khí tạo thành hỗn hợp cháy khi

đủ điều kiện thì sẽ bốc cháy Sự khác biệt cơ bản của việc hình thành cấu trúc ngọn lửa khuyếch tán khi cháy chất rắn so với cháy chất khí và cháy chất lỏng là nhiệt độ ban đầu của quá trình bay hơi cao hơn Nhiệt độ của nguồn gây cháy chất rắn phụ thuộc bởi kích thước hình học của chất cháy

Theo [20], nhiệt độ cực đại của ngọn lửa khuyếch tán khi cháy đa số các chất rắn và vật liệu cháy có gốc hữu cơ thường đạt giá trị 1.200 - 1.2500C Các chất là vật liệu cháy sau khi nung nóng tới giá trị nhiệt độ cao hơn 250 - 3000C chúng sẽ bị nhiệt phân ở trên bề mặt tạo thành hỗn hợp hơi, khí cháy với không khí Ở các chất rắn khi cháy hết với các phần tử hơi chất rắn sẽ lại tiếp tục xuất hiện thêm các quá trình toả nhiệt cháy nốt phần than hoá và quá trình nhiệt phân Chính các quá trình đó đã làm tăng cường sự đốt cháy chất cháy rắn và tăng tốc độ nhiệt phân dẫn đến lượng hơi và khí cháy vào vùng phản ứng cháy càng nhiều Vận tốc cháy lan trên bề mặt chất rắn nằm ngang thường là thấp Vận tốc cháy lan thường được tính bằng cm/s và nó phụ thuộc vào nhiệt độ ban đầu, kích thước hình học và tư thế chất cháy trong không gian Cấu trúc ngọn lửa khuyếch tán khi cháy chất rắn được thể hiện ở hình vẽ (3.1)

S¶n phÈm ch¸y

Kh«ng khÝ

S¶n phÈm ph©n huû nhiÖt Kh«ng khÝ

Hình 3.1: Cấu trúc ngọn lửa khuyếch tán khi cháy gỗ Trong đó: I - Vùng bề mặt chất rắn chuẩn bị bốc cháy;

II - Vùng ngọn lửa cháy đồng pha;

III - Vùng cháy dị pha (cháy âm ỉ);

1 - Phần than gỗ còn lại cháy âm ỉ;

2 - Phần than gỗ và gỗ đang bị nhiệt phân;

3 - Phần gỗ còn lại chưa bị nhiệt phân

Khi nhiệt độ của chất rắn tăng lên thì giá trị vận tốc cháy lan cũng nhanh chóng tăng theo Sự phụ thuộc vận tốc lan truyền ngọn lửa trên bề mặt chất rắn bởi nhiệt độ ban đầu của nó và góc nghiêng được thể hiện trên hình vẽ (3.2) và (3.3)



V.10 (m/s)



0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

360 380 400 420 440 460



Hình 3.2: Sự phụ thuộc của vận tốc lan truyền ngọn lửa trên bề mặt chất rắn

bởi nhiệt độ ban đầu của nó

Nhận xét: Qua hình vẽ ta nhận thấy khi nhiệt độ ban đầu của chất rắn tăng

lên thì vận tốc lan truyền ngọn lửa trên bề mặt chất rắn cũng tăng lên Khi nhiệt độ ban đầu của chất rắn trong khoảng (380 - 410)0K thì vận tốc lan truyền ngọn lửa trên bề mặt chất rắn tăng nhưng tăng rất chậm, khi nhiệt độ ban đầu của chất rắn từ

4100K trở lên thì vận tốc ngọn lửa tăng lên rất nhanh

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10



 

V.10 (m/s)

Hình 3.3: Sự phụ thuộc của vận tốc lan truyền ngọn lửa bởi góc nghiêng

Nhận xét: Qua hình vẽ chúng ta nhận thấy khi góc nghiêng càng lớn thì vận

tốc cháy lan càng nhỏ và ngược lại

- Khi α0 < 900 thì vận tốc lan truyền ngọn lửa trên bề mặt chất rắn tăng lên rất nhanh;

- Khi α0 = 900 thì vận tốc lan truyền ngọn lửa trên bề mặt chất rắn bằng 1;

- Khi 900 < α0 < 1800 thì vận tốc ngọn lửa trên bề mặt chất rắn tăng rất chậm và đến một giá trị nào đó thì không tăng nữa;

Một điểm khác biệt khi cháy chất rắn so với chất khí và chất lỏng đó là sự sắp đặt chất cháy trong không gian và cả hình thức cháy lan trên bề mặt chất rắn cháy có thể khác nhau Bề mặt cháy có thể theo phương nằm ngang (nghiêng hoặc theo phương thẳng đứng)

Trường hợp cháy lan theo dòng khí đối lưu thì nhiệt độ tác động tới chất cháy không khí bức xạ và cả dòng nhiệt đối lưu Cả ngọn lửa và sản phẩm cháy trong trường hợp này tăng nhanh

3.2.2 Thời gian cháy của đám cháy rừng

Nghiên cứu đám cháy trên bề mặt các chất và vật liệu cháy rừng ta thấy: Thứ nhất là do diện tích bề mặt cháy không trùng với diện tích đám cháy Thứ hai, vận tốc cháy hoàn toàn của chất cháy phụ thuộc bởi vị trí của chúng trong đám cháy và

sự phân bố của chúng trong không gian Thứ ba, vận tốc cháy hoàn toàn của các chất và vật rắn phụ thuộc bởi nhiệt độ và thời gian cháy, sự thay đổi của chúng trong quá trình cháy Cuối cùng giá trị đại lượng diện tích cháy không đổi theo thời gian Đối với đám cháy rừng kể cả trường hợp chất cháy được phân bố đều trên diện tích, thì việc xác định diện tích rất phức tạp bởi vì sự cháy không đồng thời bắt đầu trên toàn bộ bề mặt chất cháy Sự cháy chỉ lan sang các bề mặt liền kề sau khi đã đạt một số điều kiện nhất định Còn thời gian cháy ở từng bộ phận của chất cháy phụ thuộc bởi dạng chất cháy và tốc độ cháy hoàn toàn cũng như số lượng chất cháy Chính vì vậy mà quá trình cháy không kết thúc đồng thời trên toàn diện tích mà kết thúc dần từng phần tuỳ thuộc vào sự cháy hoàn toàn của tỉ trọng chất cháy Như vậy thời gian cháy được mô tả như sau:

T0 = Tlt + Tch Trong đó: Tlt - Thời gian lan truyền của ngọn lửa;

Tch - Thời gian cháy hết hoàn toàn chất cháy

3.2.3 Các cơ chế lý, hoá dập tắt đám cháy rừng

Dập tắt đám cháy từ quan điểm lý học là làm ngừng quá trình cháy ở mọi hình thức, nghĩa là tạo ra trong vùng cháy các điều kiện loại trừ khả năng tiếp diễn quá trình phản ứng cháy ở các dạng (cháy ngầm, cháy thành ngọn lửa) Để hiểu rõ bản chất vấn đề này ta bắt đầu từ việc phân tích các yếu tố cần và điều kiện đủ cho quá trình cháy khuyếch tán Thực chất của các yếu tố cần và đủ có thể minh hoạ bằng sơ đồ tam giác cháy truyền thống bao gồm: Chất cháy (CC) - Chất oxy hoá (O2) - Nguồn nhiệt (NN), hình 3.4

N N

Hình 3.4: Sơ đồ tam giác cháy

Từ sơ đồ này, ta thấy sự cháy không thể tồn tại nếu như loại bỏ một đỉnh hoặc cắt đứt bất kỳ một cạnh nào của tam giác Thực vậy, nếu như ta loại bỏ một

đỉnh là chất cháy, tức là cách ly chất cháy khỏi vùng cháy thì sự cháy sẽ tắt

Hiện tượng này cũng lặp lại nếu ta loại bỏ nguồn nhiệt hoặc chất oxy hoá của tam giác cháy Ở đây cháy rừng là quá trình cháy mà vật liệu cháy là các chất rắn nên

để dập tắt đám cháy ta dùng cơ chế dập cháy bằng cách cắt bỏ đỉnh thứ ba của tam giác

mà ở đây là nguồn nhiệt Người ta dùng thí nghiệm dập tắt ngọn lửa cháy khuyếch tán bằng cách hạ nhiệt độ đám cháy bằng không khí Dùng không khí với vận tốc và lưu lượng nhất định để giảm nhiệt độ của phản ứng cháy xuống dưới nhiệt độ cần thiết thì đám cháy sẽ bị tắt (phương pháp này thực hiện theo nguyên lý làm mát bằng không khí) Khi ta thổi một khối lượng không khí lớn vào đám cháy không khí thu nhiệt của

đám cháy toả ra môi trường, do vậy nhiệt độ của phản ứng cháy giảm đi

- Cơ chế cách nhiệt: Sử dụng tấm cách nhiệt để ngăn cản sự truyền nhiệt, làm cho nhiệt độ của các vật cháy ở lân cận không đạt được nhiệt độ bốc cháy

- Cơ chế che phủ: Dùng chất không cháy hoặc không dễ cháy che phủ lên bề mặt của vật đang cháy, làm cho lửa tắt Thường dùng bùn, đất và cát để che phủ hoặc dùng hợp chất hóa học hình thành lên một màng không cháy che phủ

- Cơ chế làm loãng thể khí: Thể khí sinh ra từ vật cháy phải đạt đến một nồng độ nhất định mới có thể cháy, tăng một lượng quá lớn không khí, làm cho

nồng độ thể khí giảm đi, từ đó mà quá trình cháy giảm đi và tắt Thường dùng luồng không khí dập lửa

Ngoài ra, Nhật Bản còn dùng sóng siêu âm để dập lửa, nước Anh lợi dụng sóng điện từ để dập lửa Như vậy có cơ chế dập lửa sóng siêu âm cao tần và cơ chế dập lửa sóng điện từ [48]

3.2.3.2.Cơ chế dập lửa hóa học

Cơ chế dập lửa hóa học là xuất phát từ phản ứng hóa học của quá trình cháy

để nghiên cứu cơ chế dập lửa

- Cơ chế nghẹt thở: Cháy là một loại phản ứng ô- xy hóa mãnh liệt, chỉ cần ngăn cản sự cung cấp khí ô-xy, hoặc dùng thể khí không cháy và khí trơ, làm cho hàm lượng ô - xy trong không khí giảm xuống dưới mức 14-18%, quá trình cháy sẽ kêt thúc

- Cơ chế phản ứng dây chuyền: Quá trình cháy là một hệ thống các mắt xích phản ứng hóa học cấu thành, là thông qua dây chuyền phản ứng hi - đrô các - bon (Ro), hydroxyl (oH), gốc hy - đrô (Ho), gốc ô - xy (oO), và các gốc tự do khác Một

số chất hóa học như các gốc tự do của bromide, iodide có thể làm cho quá trình cháy bị gián đoạn

- Thay đổi con đường của phản ứng cháy: chất sợi (cellulose) khi cháy sinh

ra khí và hình thành ngọn lửa sáng Một số chất hóa học có thể làm cho cellulose không hình thành ra các chất khí mà hình thành nên cácbon và nước nên không thể sinh ra quá trình cháy có ngọn lửa Phương trình phản ứng mất nước của chất sợi (cellulose) như sau:

(C6H10O5)n → 6nC + 5nH2O (3.2)

- Căn cứ vào cơ chế và nguyên lý dập lửa, phương pháp chữa cháy rừng còn chia thành phương pháp dập lửa trực tiếp và phương pháp dập lửa gián tiếp, phương pháp cụ thể có: Phương pháp dập lửa bằng sức gió; Phương pháp dùng lửa dập lửa; Phương pháp dùng nước dập lửa; Phương pháp nổ mìn hoặc nổ bộc phá dập lửa; Phương pháp hóa học dập lửa; Phương pháp dập lửa bằng đường hàng không (bao

gồm máy bay phun tưới dập lửa, nhảy dù dập lửa, đổ bộ dập lửa, ); Phương pháp làm mưa nhân tạo dập lửa; Phương pháp cách ly dập lửa; Phương pháp lấy đất dập lửa; Phương pháp đập dập thủ công

3.3 Nguyên lý dập tắt đám cháy rừng bằng sức gió

3.3.1 Cơ chế dập lửa bằng sức gió

Căn cứ vào phân tích các quá trình cơ bản của cháy rừng ta thấy ở giai đoạn cháy thể tích quá trình cháy có sinh ra chất khí C2H2, H2, C2H4 đây là chất khí khi cháy tạo thành ngọn lửa, nếu các chất khí không còn thì không sinh ra ngọn lửa mà chỉ còn quá trình cháy than gỗ

Căn cứ vào cơ chế dập lửa vật lý, đó là hạ nhiệt độ của đám cháy hoặc là làm loãng nồng độ của các chất khí sinh ra trong quá trình cháy thì sự cháy được dập tắt

Như vậy, cơ chế dập lửa bằng sức gió chủ yếu có 3 phương diện sau:

- Luồng khí tốc độ cao đã pha loãng nồng độ của khí có thể cháy sinh ra do sự phân giải nhiệt của vật cháy, làm cho nó không đạt đến nồng độ bốc cháy, vật cháy sẽ không thể thực hiện cháy có ngọn Nếu tốc độ của dòng khí không đủ lớn để làm cho nồng độ của khí cháy ở chỗ vật cháy giảm đến điểm thấp hơn nồng độ châm cháy, nếu dùng tốc độ như vậy của dòng khí để dập lửa sẽ tạo ra kết quả ngược Máy dập lửa bằng sức gió chỉ được dùng để dập lửa cháy có ngọn, không được dùng để dập lửa cháy không có ngọn bằng phương pháp thổi ngang vật cháy, không thổi trực tiếp

- Dòng khí tốc độ cao lấy đi nhiệt lượng cháy, làm cho nhiệt dư của vật cháy đang cháy không đủ để tạo khí cháy Nếu tốc độ dòng khí không đủ mạnh, nó lấy đi nhiệt lượng có hạn, nhiệt dư của vật cháy đang cháy đủ sức châm cháy vật cháy chưa cháy, dùng dòng khí có tốc độ như vậy để dập lửa cũng sẽ thu được kết quả ngược, tức là càng thổi thì càng cháy Do vậy, trong chữa cháy rừng đòi hỏi tốc độ gió phải lớn hơn 20m/s

- Dòng khí tốc độ cao thổi bay các vật cháy nhẹ cách xa tuyến lửa, tương đương với cách ly vật cháy, ngăn cản sự lan ra của lửa

Để dập tắt được những đám cháy rừng đòi hỏi chúng ta phải xác định được lưu lượng, vận tốc, áp suất hợp lý để có thể dập tắt được đám cháy một cách hiệu quả nhất Nếu ta chọn lưu lượng không khí lớn quá thì ảnh hưởng đến công suất, trọng lượng của thiết bị, do địa hình rừng ở Việt Nam rất phức tạp, có độ dốc lớn nên yêu cầu trọng lượng của thiết bị gọn nhẹ Còn nếu ta chọn lưu lượng, vận tốc của thiết bị quá nhỏ thì không thể dập tắt được đám cháy

Tóm lại: cơ chế dập lửa bằng sức gió là dùng dòng không khí có vận tốc và

lưu lượng lớn để hạ nhiệt độ của điểm cháy xuống dưới điểm bắt lửa đồng thời làm giảm nồng độ của chất khí sinh ra trong quá trình cháy xuống dưới nồng độ cần cho

sự cháy thì quá trình cháy bị dập tắt, ngoài ra còn dùng dòng khí có tốc độ cao thổi bay các vật cháy nhẹ cách xa tuyến lửa để ngăn cản sự cháy lan

3.3.2 Xác định lưu lượng, của không khí để dập tắt đám cháy

Theo các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học Trung Quốc [35]; [48]; [49], để dập tắt được đám cháy có cường độ nhỏ thì lưu lượng không khí cần thiết là

25 - 50 m3/phút và tốc độ gió là 40 - 80 m/giây Theo cơ chế dập lửa bằng sức gió, chúng tôi xác định được lưu lượng của không khí cần thiết để làm giảm nhiệt độ của vật cháy xuống dưới điểm cháy

Để xác định nhiệt lượng cháy của các vật liệu cháy ở rừng, các nhà khoa học đã

sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp đốt thử vật liệu trong một bình kim loại đo nhiệt lượng và các phương pháp lý thuyết xác định nhiệt lượng khi biết thành phần các nguyên tố hóa học của vật liệu cháy

Viện sỹ Nga I.A.Kabukop đã đưa ra công thức tính nhiệt lượng cháy của các vật liệu ở rừng như sau: Q = 3250 K (Kcal/Kg) (3.3)

Trong đó: K - Là hệ số oxy: tức khối lượng oxy cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg vật liệu Hệ số K được tính theo công thức sau:

K =

38

C + 8H – O ( KgO2/Kg vlc) (3.4)