Надугольная толща мощностью от 5 до 50 ж сложена водонасы-щенными суглинками, галечниками и мелкозернистыми песками. Наличие диапировых складок способствует развитию оползневых явлений. Водоносный горизонт в четвертичных отложениях представлен грунтовыми водами, распространенными в песках, песчаных глинах и суглинках. Коэффициент фильтрации песков 3—6 м/сутки, а суглинков и песчаных глин 0,5—0,001 м/сутки.

Водоносный горизонт надугольной толщи рапространен в песках, гравии и галечнике. Мощность водоносного горизонта достигает 25 м.

Питание этого горизонта осуществляется атмосферными осадками и частично напорными водами подугольного водоносного горизонта через «окна», соединяющие надугольный и под-угольный горизонты.

Водоносный горизонт под-угольных отложений является основной причиной обводнения карьера.

Для снижения водонасы-щенности вскрываемых траншеей пород были оборудованы две электроосмотические завесы.

Одна электроосмотическая завеса вдоль западного борта карьера на расстоянии 35—50 м от начала его откоса состояла из расположенных в ряд 15 водопонижающих и 19 водопоглощающих скважин. Водопонизительные скважины глубиной 50—60 м были оборудованы глубинными насосами марки АТН-8, расстояние между которыми составляло около 70 м. Водопоглощающие скважины глубиной 40—50 м располагали между водопонижающими скважинами. Три водопонижающие скважины заканчивались в суглинках. Остальные, а также все водопоглощающие скважины заканчивались в песках.

Все водопонижающие и водопоглощающие скважины были подсоединены к отрицательному полюсу источника постоянного тока.

Между поглощающими скважинами на равном расстоянии друг от друга были пробурены скважины глубиной 30 м для размещения в них металлических стержней-электродов, подсоединенных к положительному полюсу источника постоянного тока.

Весь ряд скважин был разделен на три участка, каждый из которых оборудован выпрямителем типа СУГ-2 напряжением 30 в при силе тока 300 а.

Контроль за изменениями уровня воды осуществляется посредством пробуренных для этой цели гидронаблюдательных скважин.

Для выявления эффективности работы водопоглощающих скважин и уточнения электрических показателей до включения в действие всех установок был проведен следующий опыт: была включена в действие только лишь одна водопоглощающая скважина № 3. Затем в течение более месяца вели наблюдения за уровнем воды в этой скважине при включенном и выключенном постоянном токе.

Результаты наблюдений показаны на рис. 139. Под действием электроосмоса уровень воды в скважине в течение одних суток снизился на 13 м (с отм. 295 м до отм. 282 м). При выключении тока уровень воды в скважине резко поднялся на 2,75 м. Затем при включении тока уровень воды стал понижаться. Опыт показал, что наложение постоянного электрического тока увеличивает эффективность работы водопо-глощающих скважин.

Рис. 139. Влияние включения электрического постоянного тока на работу водопоглощающей скважины

В начале опыта плотность электрического тока на 1 м электрода составляла 2,4 а, по истечении суток плотность снизилась до 1 а. При этом вследствие снижения водонасыщенности на участке скважины электрическое сопротивление возросло с 0,5 до 2,8 ом. Для уменьшения электрического сопротивления периодически ток отключался и зона вокруг положительного стержня-электрода увлажнялась.

В дальнейшем при включении в действие всех установок плотность тока в среднем составляла 0,4 а на 1 м стержня-электрода.

В течение первых двух месяцев работы насосов АТН-8 снижение уровня грунтовых вод протекало достаточно интенсивно (от 1,48 до 4,7 м). Затем с июля снижение замедлилось и в августе составило 0,71 —1,33 м. В конце августа было включено электроосмотическое устройство, после чего уровень грунтовых вод резко снизился. В результате электроосмоса было достигнуто дополнительное снижение уровней грунтовых вод на 2,13—6,0 м.

Достигнутое понижение уровня грунтовых вод обеспечило возможность сооружения траншеи до необходимой глубины.

При этом следует заметить, что оказалось достаточным для проходки разрезной траншеи на ее полную глубину оборудования электроосмотического водопонижения только лишь вдоль одного из ее бортов.

Вторая электроосмотическая завеса состояла из иглофильтровых установок и была оборудована на склоне этого же западного борта

разрезной траншеи — на берме, расположенной на 3 м ниже верхней его кромки.

Эта иглофильтровая электроосмотическая завеса была оборудована для предотвращения оплывания верхней части откоса.

При устройстве бермы после снятия 3-метрового слоя грунта наблюдался выход грунтовой воды, скопившейся на поверхности бермы, что свидетельствует о необходимости принятия мер, предотвращающих возможность оползней.

Мощность глин, залегающих от поверхности бермы, 4—5 ж, влажность этих глин 27—34%- На глубину до 3 ж глина имеет столбчатую структуру с вертикальными трещинами, благоприятствующими ее водонасыщению. На глубине 5—8 ж залегают плотные глины светло-коричневого цвета влажностью 33—35%. Эти глины, а также помещенные под ними глины, относятся к глинам с высоким числом пластичности (28,3—37,9) и с влажностью, близкой к текучему состоянию. Верхний предел текучести 45—58%.

Рис. 140. Положение уровня грунтовых вод в разные периоды проходки траншеи:
1 — отметка дна траншеи; 2 — начальный уровень грунтовых вод; 3 — сниженный уровень грунтовых вод до включения электроосушеиия; 4— сниженный уровень грунтовых вод после включения электроосушения; —— гидронаблюдательные скважины;—-водопонижающие скважины

Длина электроосмотической иглофильтровой завесы 600 ж.

Иглофильтры устанавливали с интервалом 1,5 м. Расстояние между рядами иглофильтров (анодов) и стержнями электродов (катодов) 0,65 ж. Глубина погружения анодов и катодов 8 ж.

По длине завеса состояла из четырех отдельных участков по 100—120 иглофильтров и стержней-электродов в каждом.

Каждый участок был оборудован установкой типа ЛИУ-2 или ПВУ, а также постоянным источником тока типа ПСМ-100.

Расход воды по каждому участку колебался в пределах 4—1,5 м3/ч. Плотность тока равнялась 0,3 а на 1 м2 завесы при напряжении 60 е.

Для контроля за результатами действия электроосмотической иглофильтровой завесы вдоль ее было оборудовано семь поперечных створов. Каждый створ состоял из трех-четырех контрольных скважин. По створу опытного участка было пробурено 10 контрольных скважин, а также была расположена гидронаблюдательная скважина № 36.

Верхняя часть скважины № 36 была срезана откосом борта траншеи. Таким образом, устье этой скважины находилось на 1,7 м ниже отметки поверхности бермы. Расстояние по прямой от контрольной скважины № 6 створа опытного участка до устья скважины № 36 было равно 23 ж.

Снижение уровня грунтовых вод протекало достаточно интенсивно. В течение первых суток с момента включения иглофильтров и электроосмоса уровень грунтовых вод снизился на 2,5 ж. В дальнейшем существенное воздействие на колебания уровня грунтовых вод оказывает колебание в вакууме.

В табл. 44 приведены данные о колебаниях уровня грунтовых вод (м) в контрольной скважине №6 и гидронаблюдательной № 36 в зависимости от устойчивости вакуума и длительности включения электрического постоянного тока. 178

На рис. 141 показаны замеры уровня грунтовых вод по одному из створов (контрольные скважины № 32, 33, 34, 35). Контрольная скважина № 33 расположена между рядом иглофильтров и рядом стержней-электродов. Достигнутое понижение уровня грунтовых вод 2,15 м.

Достигнутое положение уровня грунтовых вод оказалось вполне достаточным для проходки выездной траншеи. Необходимости в оборудовании на откосе борта траншеи электроосмотических иглофильтровых завес второго и третьего ярусов не было.

Описанный случай глубокого электроосушения при сооружении карьера в особо неблагоприятных в гидрогеологическом отношении условиях является беспрецедентным в практике осуществления аналогичных работ и свидетельствует о больших возможностях этого способа борьбы с водой.

Применение электроосушения для повышения устойчивости бортов карьеров. Кафедрой открытых работ Фрейбергской горной академии (ГДР) были проведены опытные работы в области применения электроосушения на буроугольных карьерах. Опыты по повышению устойчивости бортов карьеров проводили на карьере Цехау.

Участок, на котором проводили исследования, находился под угрозой оползания уступа в связи с боковым гидростатическим давлением на него.

В нижней части откоса (рис. 142) были установлены горизонтальные забивные фильтры-катоды с интервалом 7 ж. В качестве анодов были использованы железные трубы, забитые на глубину 6 м вертикально в грунт выше подошвы откоса.

Рис. 141. Положение уровня грунтовых вод по створу иглофильтровой завесы

Рис. 142. Схема расположения электродов при опыте по усилению действия забивных фильтров на карьере Цехау:
1 — горизонтальные забивные фильтры (катоды)^ 2— вертикальные трубы (аноды); 3 — подошвл уступа; 4 — бровка уступа

В связи с низкими коэффициентами фильтрации грунтов из большей части установленных забивных фильтров вода не поступала, восемь фильтров дали очень незначительный дебит. Наибольшая производительность одного из фильтров составляла 0,77 см3/мин.

В качестве источника постоянного тока был использован мотор-генератор мощностью 10,3 кет. Было включено семь пар фильтров с анодами. Напряжение между электродами каждой пары составляло 86 в при общей силе тока 55 а. Средняя напряженность электрического поля в области эффективного перепада напряжений была 0,06 в/см.

После включения электроосмоса началось поступление воды из всех фильтров. Дебит фильтров, из которых вода поступала и ранее, резко увеличился. Дебит фильтра, ранее составлявший 0,77 см3/мин, увеличился до 10 см3/мин.