Мобильные многофункциональные машины (ммм) для спасания заблокированных людей при ликвидации стихийных бедствий и техногенных катастроф Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 614.8

Мобильные многофункциональные машины (МММ) для спасания заблокированных людей при ликвидации стихийных бедствий и техногенных катастроф

Р. А. Дурнев, Э. А. Смоляницкий, В. В. Парамонов Аннотация

В статье рассматривается конструкция нового технического средства, предназначенного для повышения эффективности аварийно-спасательных работ, обосновываются технические характеристики и параметры назначения.

Ключевые слова: средства спасения, новые технологии, эффективность спасательных работ.

Mobile Multifunction Machine (MMM) for the Rescue of People Locked in the Liquidation of Natural Disasters and Man-made Disasters

R. Durnev, E. Smolyanitsky, V. Paramonov Abstract

The article discusses the construction of a new technical tool, designed to improve the efficiency of rescue operations, justified by the technical characteristics and parameters of destination.

Key words: rescue, new technologies, the effectiveness of rescue operations.

Состояние вопроса

Опыт ликвидации последствий ЧС, связанных с разрушением зданий и спасанием людей, показал, что эффективность спасательных работ должна оцениваться отношением количества спасенных жизней к общему числу заблокированных в завале живых людей и длительностью пребывания пострадавших под завалом. [2,3,4,5]. Этот показатель складывается из затрат времени, необходимого для:

1 — доставки технических средства к месту ЧС;

2 — подготовки технического средства (средств)

к работе;

3 — поиска местонахождения пострадавшего;

4 — деблокирования пострадавшего;

5 — перемещения пострадавшего к пункту оказания

первой медицинской помощи. В настоящее время в России нет оптимального технического средства ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций [1,2,3].

В разработанном предложении специального технического средства МММ показано, что при его использовании длительность каждого из пяти этапов операции спасения может быть сведена к минимуму. Так, например:

— к месту ЧС МММ может быть доставлена авиацией, железнодорожным транспортом или своим ходом с максимальной скоростью до 100 км/час;

— обследование микрорайона бедствия начинается непосредственно с момента прибытия МММ и машины сопровождения на объект и проводится параллельно с группами спасателей МЧС России, снабженных комплектами ручного аварийно-спасательного инструмента и осуществляющих поиск людей, находящихся под завалом, и по возможности их деблокирования и перемещения в пункты медицинской помощи.

Зона действия рабочего оборудования, силовые и скоростные характеристики исполнительных механизмов МММ (показанные в табл.1), обеспечивают ей возможность разборки завала высотой 12 м с одной ее установкой за 24 часа. Это соответствует ее технической производительности — 1000 т/час при расчетной грузоподъемности — 10 т, длительности цикла — 30 с и непрерывной работе.

В настоящее время ни в России, ни за рубежом такой машины нет.

1.Область использования

МММ (в МЧС носит название АСКРЗП) предназначена для комплексной механизации энергоемких работ с удаленной зоной действия рабочего органа и большим грузовым моментом, к которым относится комплекс работ по ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, включающий:

— пожаротушение высотных зданий со спасением людей;

— устройство проходов и проездов в завалах и прокладку колонных путей;

— обследование зоны разрушения и разбор завала со спасением людей;

— создание заградительных полос и рытье котлованов;

— обеспечение защиты спасателей от возможных неблагоприятных и опасных для их жизни факторов. МММ могут также производить:

— прокладку траншей и галерей вдоль стен зданий;

— осуществлять рытье оросительных каналов, их очистку и очистку русел рек, обследование и ремонт мостов;

— снос зданий и сооружений, планирование земельных участков протяженностью до 20 м и углами наклона к горизонту от +70 гр. до —90 гр., сооружении вертикальных и наклонных колодцев глубиной до 30м.

МММ могут применяться и при проведении антитеррористических мероприятий.

2. технологические схемы и средства проведения перечисленных видов работ

2.1. Основные исходные положения

2.1.1. Все перечисленные выше работы и операции должны выполняться одним и тем же многофункциональным рабочим оборудованием с возможностью смены только рабочего органа.

2.1.2. Все операции вертикального подъема должны осуществляться без ручной строповки грузов.

2.1.3. Гидропривод МММ должен обеспечивать требуемое совмещение операций для выполнения заданных видов работ.

2.2. Пожаротушение и спасание людей при возгорании верхних этажей зданий и сооружений

Для выполнения этих работ МММ со штатным многофункциональным технологическим комплексом (МТК) оснащается дополнительным типовым бортовым манипулятором (например, F530AXP.26 L314), имеющим вылет до 26 м при грузоподъемности 815 кг. Таким образом, с использованием штатного рабочего оборудования и приведенного бортового манипулятора машина может производить операции пожаротушения и спасания людей с 17-этажного здания (на высоте до 50 м) (рис. 1).

С целью повышения эффективности ведения работ по тушению пожара и защиты бойцов от отравления угарным газом, ожогов, ушибов предусматривается использование многофункциональной герметизированной теплоизолирующей капсулы на 3—4 бойца с внешним фильтруемым воздухозабором, оборудованной современными средствами пожаротушения, например, агрегатом высокого давления группы компаний РВК-ТЕХ. С помощью производимого водяного тумана наилучшим образом используются качества воды. Установка не заливает огонь, а, используя высокое энергопоглощение водяного тумана, создает негорючую среду. При этом чем выше температура горения, тем эффективнее процесс тушения. Успех гарантирует не заливание очага горения огромным количеством воды, а ее высокие температура и давление, ведущие к образованию водяного тумана, обеспечивающего поглощение энергии огня.

Агрегат высокого давления (АВД) стационарно закреплен в капсуле, работает автономно от бортовой сети гидропривода и укомплектован баком с водой (100— 200 л), барабаном со специальным шлангом длиной 60—90 м, на конце которого закреплен быстросъемный пистолет. Капсула снабжена пультом управления перемещением, т. е. рабочим оборудованием машины.

Передняя часть капсулы выполнена в виде клина с усиленной металлоконструкцией, способствующей ее проникновению внутрь здания через оконные проемы (рис. 2).

Капсула имеет две двери: в передней части — через которую спасатели МЧС входят и выходят при проведении операций по поиску пострадавших, и в нижней, через которую производится эвакуация людей при помощи эластичного спасательного рукава (рис. 2).

2.3. Устройство проездов

Одним из основных последствий землетрясений и техногенных катастроф является практически полная остановка транспорта на автотрассах и подъездных путях из-за завалов и разрушений.

С этой целью МММ оборудуется: — А — поворотным бульдозерным отвалом, который

удаляет с проезжей части дороги на обочину легкие

и мелкие фрагменты разрушения (кирпичи, части

Рис. 1. Пожаротушение и спасение людей с верхних эиажей высотных зданий и сооружений: 1. МММ. 2. Рабочее оборудование (МТК). 3. Удлинитель. 4. Пожарно-спасательный модуль. 5. Рукав эвакуации пострадавших

Рис. 2. Пожарно-спасательный модуль: 1. Агрегат высокого давления (АВД), заправленный топливом и водой. 2. Дверь

кабины спасателя. 3. Проем для эвакуации пострадавших

железобетонных конструкций, мебели, жилого оборудования, мелкого строительного мусора и т. п.) (рис. 3А);

— Б — поворотным комбинированным погрузочным ковшом, вместимостью до 4,0 м3, способным очистить проезжую часть дороги от сыпучих материалов (рис. 3Б);

— В — экскаваторным ковшом прямой или обратной лопаты емк. 2,0—2,5м3 для удаления тяжелых вязких грунтов с проезжей части дороги либо на ее обочину, либо с погрузкой в автотранспорт, стоящий на уже очищенной проезжей части дороги (рис. 3В);

— Г — мощным захватом для удаления с проезжей части дороги отдельных блоков весом до 25 т (рис. 3Г).

2.4. Обследование и восстановление мостов

В перечень работ по ликвидации последствий ЧС входит также обследование и восстановление мостов, расположенных в районе бедствия. После визуального осмотра надводной части строения моста, если не было обнаружено в нем мест разрушений, проводится также обследование нижней части пролета моста и далее его баков в надводной и подводной частях.

Все надводное обследование моста осуществляется с применением штатного рабочего оборудования, бортового манипулятора-удлинителя и капсулы для размещения бойцов и аппаратуры.

А

Рис. 3. Проделывание проходов и проездов: А. Поворотный бульдозер; Б. Поворотный комбинированный погрузочный ковш; В. Эсковационный поворотный ковш; Г. Захват

Это же оборудование используется и для доставки водолазов с целью обследования подводной части моста. Фрагменты обследования моста приведены на рис. 4.

2.5. Обследование микрорайона разрушения и разбор завалов со спасанием людей

На рис. 5 показано второе назначение капсулы (1) —

оперативное обследование микрорайона разрушения.

Перемещаясь в управляемой капсуле, спасатели могут определять масштаб и объем завалов, пути проделывания проходов для техники и места ее установки, удобные для проникновения внутрь завала и возможного скопления пострадавших, места горения и возможных новых возгораний, объемы и виды восстановительных работ и др.

Для выполнения всех приведенных выше операций спасатели должны находиться в капсуле, подсоединенной к штатному удлинителю (2) многофункционального телескопического рабочего оборудования (3) МММ. При этом радиус поворота может достигать 50 м, а грузоподъемность — 1000 кг.

Параметры расчетного завала выбраны на основе анализа структуры завалов, образующихся при разрушении 12-этажных железобетонных строений, характеризующихся нагромождением обломков бетонных конструкций, связанных между собой стальными балками, арматурой и трубами.

Расчетный габарит завала: длина — 84 м, ширина — 26 м, высота — 12 м. Максимальные габариты фрагментов завала: 6,0 х 3,0 х 0,3 м. Максимально возможная масса фрагмента может достигать 25 т, максимальная общая масса завала — 25 000 т.

По окончании работ по обследованию завала необходимо осуществить действия по спасению людей и всех пострадавших, обнаруженных на завале или вблизи его, доставить на площадку к автотранспорту скорой медицинской помощи — это третье назначение капсулы.

После эвакуации пострадавших с поверхности завала капсула и удлинитель отсоединяются с помощью бы-стросъемных устройств от монтажной плиты рабочего оборудования и к ней подсоединяется захват грузоподъемностью 10 т, при помощи которого удаляются крупно-

Б

В

Г

габаритные фрагменты здания, а также осколки различной массы и габаритов. Вначале при помощи захвата, а далее при помощи грейфера, погрузочного или экскаваторного ковша прокладываются траншеи и галереи вдоль стен здания, делаются отверстия и лазы.

На первом этапе разбора завала, когда внутри его еще могут находиться люди, необходимо использование ручного гидравлического аварийно-спасательного инструмента (ГАСИ), предназначенного для выполнения технологических операций по проникновению к заблокированным пострадавшим, а именно:

— подъем тяжелых железобетонных и др. конструкций;

— подъем и сдвиг неудобных для захвата тяжелых обломков;

— горизонтальное перемещение тяжелых плит или их обломков по грунтовому основанию;

— резка арматуры и других металлических связей в ограниченном пространстве для расширения прохода;

— подъем тяжелых обломков и других предметов завала на высоту, превышающую рабочий ход инструмента, и их фиксация;

— расширение стыков, отверстий, щелей в металлических и строительных конструкциях;

— выдавливание дверей и проемов, а также пустот в плитах.

При проведении этих работ могут одновременно участвовать до шести групп бойцов МЧС. Источниками питания ГАСИ могут быть как их штатные насосные станции, так и насосная станция МММ.

Удаление измельченных и сыпучих материалов из мест завала, в котором могут находиться засыпанные ими люди, должно производиться послойно. При этом толщина снимаемого слоя определяется гарантированным отсутствием живых людей или фрагментов тел мертвых.

При деблокировании пострадавших из завалов, заполненных мелкодроблеными материалами, перспек-

тивно использование «вакуумных» рабочих органов, разработанных по запатентованной технологии«Сус1оп анШеат» (рис. 6).

Это автономные мобильные агрегаты, выполняющие все функции, связанные с раскапыванием грунта, его удалением и транспортировкой. Обыкновенным всасыванием удаляются различные твердые, сыпучие, влажные и сухие материалы, жидкости и газы. Это могут быть грязь, песок, глина, гравий, влажная земля, пыль, вода, щебень, осколки и даже камни или другие крупные и тяжелые предметы весом до 40 кг и диаметром до 250 мм.

Вакуумные экскаваторы оборудованы заборным шлангом, турбинами, создающими транспортирующий поток разряженного воздуха, контейнером сбора удаленных материалов, фильтровальными камерами и др. агрегатами.

Для использования принципа вакуумной экскавации грунта при ликвидации последствий ЧС проработан вариант сменного рабочего органа, обеспечивающего его использование при разборке завала в местах возможного скопления людей.

Он содержит только приемный шланг с заборной головкой, вакуумные насосы, получающие вращение от гидромоторов, подключенных к гидроприводу МММ, и лоток для удаления продуктов экскавации.

Разбор завала после проведения всех спасательных работ предусматривает последовательное выполнение следующих операций:

— массовое удаление автономных крупногабаритных фрагментов разрушения массой от 6 до 25 т;

— расчленение, разъединение и последовательное удаление негабаритных элементов разрушения;

— удаление мелких и сыпучих материалов;

— разборка подвальных строений;

— вывоз мусора и разрушенных элементов строительных конструкций;

— обратная засыпка неровностей и планирование поверхности завала.

Перечень необходимых рабочих органов, а также их технические параметры назначения приведены в табл. 1.

С целью обоснования принятых параметров назначения отдельных элементов многофункционального рабочего оборудования на рис. 8 жирно показан габарит поперечного разреза приведенного в тексте расчетного завала и МММ (средство механизации его разбора).

Поскольку разброс осколков объекта разрушения зачастую оказывается больше расчетного, целесообразно вначале выбрать предпочтительное место установки машины и далее расчистить это место завала на ширину и глубину до10—12 м и именно здесь установить МММ (рис. 7 — место А).

Как видно из того же рисунка, все сечение завала может быть разобрано при помощи захвата, ножниц, крушара и ковша.

На рис. 8 приведена зона действия рабочего оборудования при разборке завала ниже уровня стоянки машины ковшом обратной лопаты.

2.6. Снос зданий и сооружений при помощи МММ

Разрушение и снос строений высотой менее 20 м успешно осуществляется существующими средствами механизации — гидравлическими экскаваторами, стреловыми самоходными кранами, погрузчиками и др. [2]. Для сноса сооружений высотой более 20 м в настоящее

А Б В

Рис. 6. Мобильный автономный вакуумный экскаватор: А. и В. внешний вид машины в процессе эксплуатации;

Б. Принципиальная схема вакуумного экскаватора

Таблица 1

расчетные параметры технических характеристик мобильной многофункциональной машины

со сменными рабочими органами

наименование параметров Виды выполняемых работ

тушение пожаров и эвакуация демонтаж зданий и сооружений разбор завалов землеройные и грузоподъемные работы

Базовое шасси 5- или 4-осное автомобильного типа

Расчетная мощность двигателя, л. с. 400

Производительность гидронасосов, л/мин. 400

Рабочее давление в гидросистеме, МПа 32

Макс. скорость движения, км/час 85—100

Зона действия рабочего органа:

— макс. высота подъема, м 54 24 16 8

— макс. глубина копания, м — 10 10 10

— макс. радиус действия, м 25 12,5 25 25

— макс. длина планируемого участка, м — — 8 16

Грузоподъемные характеристики

— макс. грузовой момент, тм 150 150 150 150

— грузоподъемность, т при вылете:

— до 6 м — — 25 25

— до 12 м — 10 12,5 10—12,5

— до 25 м — 6 5 5

Сменные рабочие органы

— лебедка с гидроприводом

— тяговое усилие, т — 15 30 15/30

— тросоемкость, м — 150 150 80

— челюстной захват для блоков массой 10 т

— усилия на челюстях, т — 12 12 12

— масса захвата, т — 3 3 3

— гидромолот

— энергия удара, Дж — 9000 9000 —

— частота, Гц — 200 200 —

— масса, т — 2,1 2,1 —

— ножницы универсальные

— усилие сжатия, т — 620 620 —

— диаметр перерезаемой арматуры, мм — 50 50 —

— масса, т — 3,5 3,5 —

— вместимость сменных ковшей, м3

— экскавационный и грейферный — 1,6—2,5 1,6—2,5 1,6—2,5

— планировочный — 3 3 1,6—2,5

— погрузочный — 5—6 5-6 1,6—2,5

— пожарно-спасательный модуль

— грузоподъемность, т 2 — 2 —

— вместимость, чел. 5 — 5 —

— спасательная люлька

— грузоподъемность, т 3 — 3 —

— вместимость, чел. 20 — 20 —

Эксплуатационная масса без сменных рабочих органов, т 46—48

Рис. 8. Разбор расчетного завала МММ ниже уровня стоянки машины (рабочий орган — поворотный экскавационный

ковш по схеме обратной лопаты)

время используются тяжелые гусеничные гидравлические экскаваторы массой от 40 т со специальным трех-звенным рабочим оборудованием. Согласно [2] технически возможным и экономически целесообразным следует считать снос здания экскаватором, стоящим на земле, высотой не более 30 м.

Поскольку приведенные выше средства механизации страдают дефицитом устойчивости, то всегда используется единственно возможная технология ведения работ — резка, измельчение, разрушение и обрушение элементов строительных конструкций с их последующей погрузкой в автотранспорт для удаления. Все это, во-первых, очень энергозатратно, во-вторых, связано с увеличением объема и сроков выполнения работ, в-третьих, с загрязнением среды обитания.

На рис. 10 приведена технология ведения этих работ МММ, которая устанавливается относительно сносимого здания так, чтобы:

— траверса с захватами, установленная на рукояти рабочего оборудования, могла загружаться предварительно освобожденными от здания неразрушенными панелями перекрытий; стеновых и др. изделий;

— между МММ и демонтируемым зданием мог расположиться панелевоз, в который и укладываются подаваемые панели.

Отсоединение демонтируемых панелей от сносимого здания осуществляется рабочими-монтажниками, находящимися в капсуле (четвертое направление использования).

Рис. 10. Снос здания МММ путем предварительного освобождения и последовательного удаления неизмельченных целых панелей: 1. Сносимое здание. 2. Панелевоз. 3. Траверса с захватами для монтажа и удаления панелей. 4. МММ

2.7. рытье траншей, котлованов и планировочные работы

Использование МММ на штатных работах по отрывке траншей и котлованов в строительстве экономически не оправдано, т.к. все эти работы успешно могут быть выполнены серийными гидравлическими экскаваторами, массой до 30 т.

Наиболее рациональное использование землеройных возможностей МММ — это механизация земляных работ при рытье котлованов в мерзлых и немерзлых грунтах, при создании заградительных полос,

устройстве проходов и проездов через траншеи, рвы и канавы.

Сравнительные параметры землеройных машин, используемых для указанных выше целей, приведены в табл. 2.

На рис. 11 приведена грузовая характеристика МММ, реализующая в пределах зоны действия рабочего органа постоянный грузовой момент 150 тм.

Планируемая поверхность может быть либо горизонтальной, либо наклонена вниз по ходу часовой стрелки на угол от нуля до 90о, либо вверх на угол до 78о.

Таблица 2

наименование машины Произв-ность, м3/час Мощность, л.с. Глубина, м Ширина, м Масса, т

МДК-3 800 710 3,5 3,7 39,5

БТМ-4м 1200 840 1,5 1,1 47,8

МММ 1000 400 7,0 3,0 50,0

Диаграмма гоузоподьемности

т

Рис. 11. Грузовая характеристика рабочей зоны МММ

Планирование поверхностей является одной из самых необходимых и трудоемких работ при строительстве земляных сооружений. К ним можно отнести основания траншей и котлованов, полы и пандусы гражданских и промышленных строений; планирование площадей, дорог, откосов, насыпей, взлетно-посадочных полос.

2.8. Сооружение вертикальных и наклонных колодцев

Земляные работы, ставящие своей целью создание отдельно расположенных приямков, вертикальных колодцев и т. п., выполняются целым рядом специальных

современных высокопроизводительных бурильных машин.

МММ со штатным рабочим оборудованием МТК и штанговым грейфером для рытья колодцев способна отрывать вертикальные и наклонные колодцы. При этом длина штанги (глубина колодца) ограничивается возможностью размещения грунта на поверхности земли. Так, например при штанге длиной 10 м глубина колодца достигает 30 м (рис. 12).

Для прохождения рукояти в грунте предварительно отрывается приямок с размерами длины, высоты и ширины, соответственно равными 8,0 х 6,0 х 3,0 м.

12,5м

Рис. 12. Отрывка вертикальных и наклонных колодцев

2.9. Специальные работы

Пятое назначение капсулы связано с ее использованием при проведении антитеррористических мероприятий. Так, например, для освобождения заложников, захваченных террористами или преступниками, достаточна только информация об адресе события. По получении вызова за считанные минуты МММ прибудет к ме-

сту ЧП, а телескопическая стрела подаст рукоять вместе с капсулой и бойцами в ней через пробитый оконный проем непосредственно к заложникам (рис. 13).

заключение

Создание МММ, позволяющей минимизировать затраты времени, необходимые для деблокирования по-

Рис. 13. Подъем капсулы на высоту до 25 м. без дополнительной лестницы

страдавших, стало возможным благодаря использованию целого ряда новых конструктивных решений, основными из которых являются:

— выносные опоры, позволяющие устанавливать машину на разновысотных опорных площадках и перемещать ее относительно них для преодоления непроходимых участков пути, например рвов ограниченной ширины, а также размещать башмаки-противовесы удлиненных аутригеров на несколько метров дальше заднего колеса базового шасси, что значительно повышает устойчивость машины;

— многофункциональный технологический комплекс, обеспечивающий большую 25-метровую зону действия рабочего органа, а также возможность работы в этих пределах с постоянным максимальным грузовым моментом 150 тм и грузоподъемностью 6—25 т;

— размещение комплекта быстросменных рабочих органов и башмаков-противовесов в машине сопровождения;

— использование интеллектуальной системы «ОПОшск», которая обеспечивает одновременное автоматическое соединение сменного рабочего органа и гидро-

линий его механизмов с рабочим оборудованием и гидроприводом МММ без выхода оператора из кабины машины (длительность операции не превышает 10—15 с., число одновременно соединяемых гидролиний — до 10 пар); — использование подвижной кабины оператора на МММ улучшает обзорность места работ, сокращая тем самым их длительность, и обеспечивает безопасность.

Материалы проекта МММ защищены шестью патентами Российской Федерации. Подготовлены материалы заявок еще на четыре патента.

P. s.

Нет более разумного вложения денег, чем их использование для спасения жизней обреченных на смерть ни в чем неповинных людей.

Невозможно понять, почему ВПК, где до последнего времени сохраняется высокий научный уровень производства, обходит стороной МЧС России («СОВЕТСКАЯ РОССИЯ», 8 апреля 2010 г. — «С ИМПОРТНОЙ ИГОЛОЧКИ»).

литература

1. Смоляницкий Э. А. Мобильный гидравлический робот-манипулятор с удаленной зоной действия рабочего органа. Ж. Строительные и дорожные машины, № 12, 2005 г.

2. Смоляницкий Э. А. Уровень механизации земляных и сопутствующих работ. Ж. Строительные и дорожные машины № 5, 2006 г.

3. Смоляницкий Э.А., Грузинов В. Е. Многофункциональные машины-орудия с удаленной зоной действия рабочего органа (к вопросу формирования технических требований). Ж. Строительные и дорожные машины № 1, 2009 г.

4. Смоляницкий Э. А., Вагнер Е. Адаптерные системы для быстрой смены рабочего оборудования мобильных машин. Ж. Строительные и дорожные машины № 12, 2009 г.

5. Справка-доклад «Обобщение опыта ведения аварийно-спасательных работ при землетрясениях».

6. Вакуумные экскаваторы. Ж. Строительные и дорожные машины № 3, 2009 г.

Сведения об авторах

дурнев роман Александрович, д.т. н., зам. начальника ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ). Смоляницкий Эдуард анатольевич, к.т. н., главный конструктор проекта ОАО «ТЯЖЭКС-ХОЛДИНГ». Парамонов Владимир Викторович, с.н.с., ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ).