脈沖氣壓噴霧集成技術(shù)在森林滅火中的應(yīng)用

白 夜，武英達(dá)，石 寬，王 博

（1.中國(guó)消防救援學(xué)院，北京 102202；2.北京林業(yè)大學(xué)，北京 100083）

森林火災(zāi)突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大，被稱為“世界八大自然災(zāi)害之一”。隨著全球氣候變化不斷加劇，極端天氣頻發(fā)，森林火災(zāi)發(fā)生的頻率和強(qiáng)度不斷加大[1]。嚴(yán)峻的森林防火形勢(shì)對(duì)森林滅火裝備建設(shè)提出了更高的要求[2]。目前森林滅火裝備普遍存在滅火效率低、機(jī)動(dòng)性差、污染環(huán)境等問題[3-4]。

脈沖氣壓噴霧技術(shù)是利用壓縮空氣瞬間釋放產(chǎn)生的極大動(dòng)能，使液體滅火介質(zhì)（如清水）經(jīng)擋板切割后，在毫秒量級(jí)時(shí)間與空氣高速碰撞，突然膨脹霧化，瞬時(shí)噴射，產(chǎn)生高速度、高密度的超細(xì)水霧流，達(dá)到高效快速滅火的目的，具有滅火效率高，有效減少?gòu)?fù)燃火，對(duì)環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn)[5]。

本文從脈沖氣壓噴霧集成技術(shù)在森林滅火戰(zhàn)術(shù)中的應(yīng)用、脈沖氣壓噴霧滅火戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗編組、脈沖氣壓噴霧滅火戰(zhàn)術(shù)的實(shí)施3個(gè)方面展開，介紹了脈沖氣壓噴霧集成技術(shù)在森林滅火戰(zhàn)術(shù)中的應(yīng)用，研究成果填補(bǔ)了森林滅火中沒有單兵實(shí)用緊急避險(xiǎn)裝備的空白，為森林滅火提供了新思路。

1 脈沖氣壓噴霧集成技術(shù)

脈沖滅火技術(shù)在20世紀(jì)90年代從德國(guó)發(fā)展起來，有滅火槍、背負(fù)式、推車式等多種形式，可以適應(yīng)不同滅火任務(wù)的需要，具有高效、節(jié)能、環(huán)保、操作簡(jiǎn)便、機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)?？梢詰?yīng)用于固體、氣體、油類、電氣、森林火災(zāi)撲救，滅火效果非常顯著[5-7]。

脈沖氣壓噴霧集成技術(shù)以壓縮空氣為動(dòng)力，用脈沖沖擊的方式使水霧化，并使細(xì)小的水霧形成具有很大動(dòng)能的細(xì)水霧流，定向噴射。把同等量的水化成水霧，可以使吸熱面積增加幾千倍至上萬倍，水霧遇熱汽化后，可以使吸熱量增加幾百倍，滅火效率大幅度提高，其原理主要是脈沖沖擊、霧化吸熱、隔絕氧氣等[5-7]。脈沖氣壓噴霧水槍還可以將空氣呼吸器和細(xì)水霧滅火裝置有機(jī)結(jié)合，可以同時(shí)滿足滅火和呼吸的需要，方便攜帶，操作簡(jiǎn)單。

2 脈沖氣壓噴霧集成技術(shù)在森林滅火中的應(yīng)用

森林滅火戰(zhàn)術(shù)是指導(dǎo)和進(jìn)行滅火戰(zhàn)斗的方法，是森林消防隊(duì)伍滅火戰(zhàn)斗經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和理論研究成果的概括[8-9]。研究脈沖氣壓噴霧技術(shù)在森林滅火戰(zhàn)術(shù)中的應(yīng)用，對(duì)于森林消防隊(duì)伍正確掌握和運(yùn)用滅火戰(zhàn)術(shù)理論，更好將脈沖氣壓噴霧技術(shù)應(yīng)用于森林滅火實(shí)踐中，具有重要意義。脈沖氣壓噴霧技術(shù)在森林滅火戰(zhàn)術(shù)中可以應(yīng)用于切割火線、側(cè)攻火頭、驅(qū)除有害氣體、遠(yuǎn)距離發(fā)射滅火彈等方面[5-7]。

2.1 切割火線

火線是指火場(chǎng)周邊的火焰經(jīng)常連續(xù)分布并且呈條帶狀向前推進(jìn)，是火場(chǎng)中燃燒最劇烈、最活躍的部位，也是控制和撲救森林火災(zāi)的關(guān)鍵。火線的運(yùn)動(dòng)就是林火蔓延，利用脈沖氣壓噴霧技術(shù)切割火線的方法主要包括單點(diǎn)切割和多點(diǎn)切割兩種。

采取單點(diǎn)切割的方法滅火，滅火隊(duì)伍集中力量利用脈沖氣壓噴霧集成技術(shù)由一點(diǎn)切割火線，分兩路沿火線撲打合圍，直至殲滅林火。多點(diǎn)切割主要是用于火場(chǎng)面積較大、火線較長(zhǎng)的時(shí)候，滅火隊(duì)伍擇機(jī)多路出擊，利用脈沖氣壓噴霧集成技術(shù)，將火線分割成若干地段，小群多路、同步撲打推進(jìn)，使整個(gè)火場(chǎng)快速形成合圍態(tài)勢(shì)，殲滅火線。

2.2 側(cè)攻火頭

火頭是火擴(kuò)展蔓延最快的部位，是林火蔓延的主要方向，火頭的蔓延速度是決定林火過火面積的重要因素。迅速有效地控制火頭是滅火的關(guān)鍵。

滅火隊(duì)伍選擇火場(chǎng)兩翼，同時(shí)追擊火頭。利用脈沖氣壓噴霧集成技術(shù)為火線快速降溫，有效降低火勢(shì)，側(cè)攻火頭，同時(shí)為其他機(jī)具手追擊火頭提供有利條件，短時(shí)間內(nèi)撲滅火頭，控制火勢(shì)蔓延。

2.3 驅(qū)除有害氣體

森林火災(zāi)會(huì)釋放大量有毒有害氣體，包括CO2、CO、顆粒物等：特別是在一些特殊地形中，如山谷、山脊、鞍部、陡坡、草塘溝，火場(chǎng)動(dòng)態(tài)發(fā)展，變化無常，濃煙肆虐，給滅火人員帶來了極大的危險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅撲火人員生命安全。

脈沖槍發(fā)射的水霧團(tuán)最大直徑可達(dá)3～5 m，發(fā)射距離在20 m左右，水霧團(tuán)將空氣中的有害氣體、粉塵進(jìn)行有效的吸附沉降，瞬間打開生命通道，為撲救人員撤離火場(chǎng)創(chuàng)造條件。

2.4 遠(yuǎn)距離發(fā)射滅火彈

森林滅火彈是專門針對(duì)火情復(fù)雜、滅火人員無法近距離救火的特點(diǎn)而研制的撲火配套裝備，具有質(zhì)量輕、體積小、攜帶方便、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。但傳統(tǒng)的滅火彈主要是采用懸掛或火藥發(fā)射的方式實(shí)施滅火作業(yè)，存在誤差性和危險(xiǎn)性[10]。

利用脈沖槍可在距離火場(chǎng)100 m以外發(fā)射滅火彈，通過脈沖氣壓水槍產(chǎn)生的瞬時(shí)氣壓將滅火彈打出，當(dāng)滅火彈到達(dá)預(yù)期目標(biāo)后，通過引信精準(zhǔn)引爆，能夠撲救懸崖峭壁、森林溝壑等人員無法到達(dá)的復(fù)雜火場(chǎng)，具有攜帶方便、安全可靠等優(yōu)勢(shì)，能夠最大限度保障撲救人員安全。

3 脈沖氣壓噴霧滅火戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗編組

建立森林防火脈沖風(fēng)水戰(zhàn)斗中隊(duì)能夠是提高森林滅火效益的有效途徑，能夠改進(jìn)滅火模式，創(chuàng)新滅火手段。一個(gè)戰(zhàn)斗中隊(duì)?wèi)?yīng)編制25人，包括脈沖槍人員、水泵人員、常規(guī)裝備人員、駕駛員等4類人員，配備森林防火脈沖風(fēng)水消防車、運(yùn)兵車、裝備車、脈沖風(fēng)水滅火系統(tǒng)、脈沖槍專用的水基滅火彈、水分配器、風(fēng)力滅火機(jī)、接力泵、消防泵、鉤、鎬、耙、點(diǎn)火器和2號(hào)工具等裝備。

脈沖槍班為中隊(duì)核心力量，應(yīng)設(shè)置2個(gè)，每班6人，主要負(fù)責(zé)森林防火脈沖風(fēng)水系列裝備的使用及維護(hù)保養(yǎng)，建議由中隊(duì)長(zhǎng)兼任班長(zhǎng)。司機(jī)班建議配備5人，負(fù)責(zé)車輛及攜帶設(shè)備的使用及保養(yǎng)維護(hù)，以及氣瓶充氣、尋找水源等保障工作；水泵班建議配備5人，負(fù)責(zé)車載水泵、水分配器等設(shè)備的使用及維護(hù)保養(yǎng)，滅火戰(zhàn)斗將要架設(shè)水泵鋪設(shè)水帶，將水引上山，把水龍帶鋪設(shè)到實(shí)施滅火的最前線；常規(guī)裝備班建議配備3人，負(fù)責(zé)風(fēng)力滅火機(jī)及鉤、鎬、耙和2號(hào)工具等常規(guī)滅火工具的使用和維護(hù)保養(yǎng)，并酌情攜帶備用氣瓶和滅火彈。

在滅火戰(zhàn)斗中，指揮員要一線指揮，堅(jiān)持以人為本、安全第一的原則，根據(jù)火勢(shì)實(shí)時(shí)變化情況隨機(jī)調(diào)整兵力編組，科學(xué)運(yùn)用戰(zhàn)術(shù)手段，集中優(yōu)勢(shì)兵力打火頭、滅火線，打清守相結(jié)合，明確責(zé)任，確?；馂?zāi)不復(fù)燃，實(shí)現(xiàn)安全高效滅火的目標(biāo)。

4 脈沖氣壓噴霧滅火戰(zhàn)術(shù)的實(shí)施

到達(dá)火場(chǎng)后，必須留出應(yīng)急通道。指揮員首先根據(jù)煙、火、植被特點(diǎn)，偵察火場(chǎng)判明火情，選擇好突破火線的位置，準(zhǔn)備實(shí)施脈沖氣壓噴霧滅火戰(zhàn)術(shù)。脈沖氣壓噴霧滅火戰(zhàn)術(shù)的實(shí)施包括接近火場(chǎng)、脈沖攻擊、切割火線、火場(chǎng)清理、水源供給5個(gè)部分。

1）接近火場(chǎng)。首先在確保脈沖槍組安全的前提下，在距離火場(chǎng)50～60 m位置，四只脈沖槍發(fā)射滅火彈集中攻擊一個(gè)部位，有效壓制火頭。之后脈沖槍組快速接近火場(chǎng)，確保在撲火人員位置與火線距離在脈沖槍有效射程內(nèi)。

2）脈沖攻擊。其次實(shí)施脈沖攻擊有效降低火勢(shì)。選擇高強(qiáng)度火的某一個(gè)部位，四只脈沖槍對(duì)準(zhǔn)火焰根部發(fā)射，對(duì)準(zhǔn)火焰根部（溫度最高的點(diǎn)）實(shí)施脈沖攻擊，迅速降低火場(chǎng)溫度，為人員接近創(chuàng)造有利條件。

3）切割火線。選擇突破口分組交替攻擊，逐步接近火線，將大火頭轉(zhuǎn)化為若干個(gè)小火點(diǎn)，或者將火線切開，使高強(qiáng)度火轉(zhuǎn)變?yōu)橹?、低?qiáng)度火。切斷火線時(shí)，要降低重心和槍口，進(jìn)行平射，使脈沖槍射出的水流與火線平行，使發(fā)射出的水霧盡量貼近地面，靠近火焰根部，也可以使用多只脈沖槍瞄準(zhǔn)一個(gè)部位齊射，達(dá)到切斷火線的目的。

4）火場(chǎng)清理?；鹁€切斷、火頭打掉后，應(yīng)迅速進(jìn)行火場(chǎng)清理工作。清理火場(chǎng)主要是把隱火或者火線附近燃燒的倒木、樹枝、樹墩及枯立木等物質(zhì)全部清理到火燒跡地內(nèi)側(cè)，對(duì)燃燒物豐富的區(qū)域，要用鉤鎬耙扒開，利用脈沖槍的沖擊力進(jìn)行撲打，再由風(fēng)力滅火機(jī)進(jìn)行清理。在水源充足的情況下，燃燒物完全碳化，水霧很難滲透時(shí)，可以利用直流水槍對(duì)頑固的火點(diǎn)進(jìn)行澆灌式滅火，有效避免復(fù)燃火。

5）水源供給。當(dāng)水泵、水龍帶鋪設(shè)到位以后，水桶手可以根據(jù)火場(chǎng)實(shí)際情況，將水分配器與水龍帶相連，為脈沖槍手提供水源。也可以使用輕型遠(yuǎn)程脈沖槍高壓水泵組，利用封閉水囊的水源。還可以在水源中添加高效滅火劑、阻燃劑，利用風(fēng)水脈沖滅火系統(tǒng)噴射到滅火區(qū)域，提升滅火和阻燃的能力。

5 結(jié)論

本研究成功將脈沖氣壓噴霧集成技術(shù)運(yùn)用于森林滅火實(shí)踐，填補(bǔ)了森林滅火中沒有單兵實(shí)用緊急避險(xiǎn)裝備的空白，在滅火作業(yè)中充分發(fā)揮以水滅火成本低廉、滅火效果迅速、對(duì)環(huán)境無污染等優(yōu)勢(shì)，可以使吸熱面積增加幾千倍至上萬倍，將溫度從近千度快速降低至幾十度，有效提高森林滅火效能，實(shí)現(xiàn)安全高效滅火的目標(biāo)。