Cỗ máy mang tên “Gangtie Jiliang” – tạm dịch là “xương sống thép” – được Trung Quốc thiết kế để thực hiện nhiệm vụ chưa từng có: khoan thẳng xuống lòng đất, từng km một, nhằm tiến sâu vào lớp vỏ Trái Đất.

Được giới thiệu là máy đào trục thẳng đứng toàn diện đầu tiên trên thế giới có thể khoan sâu vượt quá 1.000m trong đá cứng, Gangtie Jiliang nặng khoảng 500 tấn và rộng 8,1m. Theo Science and Technology Daily, thiết bị này trông giống một “tàu sân bay ngầm” hơn là máy móc khai khoáng thông thường.

Do Tập đoàn Xây dựng Đường sắt Trung Quốc (CRCC) phát triển, cỗ máy khổng lồ này đã chuyển từ giai đoạn lắp ráp sang vận hành thực tế và hiện được triển khai tại một dự án quặng sắt ở tỉnh Liêu Ninh. Mục tiêu của thiết bị là khai mở nguồn tài nguyên khổng lồ nằm sâu dưới lòng đất.

Các chuyên gia ước tính trữ lượng khoáng sản ở tầng sâu có thể gấp đôi so với những gì đã được xác định gần bề mặt. Chẳng hạn, theo ước tính năm 2018 của Cục Khảo sát Địa chất Trung Quốc, trữ lượng antimon ở độ sâu tới 2.000m lớn gấp 5,3 lần so với trữ lượng đã biết. Đây là nguyên tố quan trọng trong sản xuất pin, chất bán dẫn và hợp kim kim loại.

Đối với chì, kẽm và vàng, tài nguyên ở tầng sâu được cho là nhiều gấp khoảng 4 lần. Trong khi đó, vonfram – kim loại có độ cứng và mật độ cao, thiết yếu trong hàng không vũ trụ và quốc phòng – có trữ lượng dưới lòng đất sâu gấp khoảng 3 lần so với gần bề mặt.

Tỷ lệ tương tự cũng được ghi nhận đối với lithium, đất hiếm và than đá. Tuy nhiên, sau hàng thế kỷ khai thác, các nguồn tài nguyên dễ tiếp cận đã dần cạn kiệt.

Khác với các phương pháp đào trục sâu truyền thống, Gangtie Jiliang được thiết kế chuyên biệt để xử lý đá cứng. Thiết bị sử dụng đầu cắt hình tròn khổng lồ, bao phủ toàn bộ đường kính trục, khoan thẳng đứng từ mặt đất như một mũi khoan điện cỡ lớn.

Trưởng nhóm thiết kế Ding Zhangfei cho biết dự án đã vượt qua nhiều thách thức kỹ thuật lớn, qua đó đạt được nhiều bằng sáng chế. Một trong những trở ngại chính là làm sao xử lý hiệu quả lượng lớn đất đá bị phá vỡ trong quá trình khoan.

Không giống máy đào đường hầm ngang, thiết bị khoan trục đứng phải đối mặt với lực hấp dẫn khiến đất đá tích tụ ngay trước đầu cắt. Trong gần 6 tháng, nhóm nghiên cứu đã thử nhiều giải pháp nhưng chưa thành công.

Bước đột phá đến từ một lần tham quan công viên đất ngập nước tại Trường Sa, khi các kỹ sư bắt gặp “longgu shuiche” (máy bơm nước cổ truyền của Trung Quốc). Lấy cảm hứng từ thiết bị tưới tiêu bằng gỗ có lịch sử hơn 2.000 năm này, họ phát triển hệ thống vận chuyển đất đá theo phương thẳng đứng thông minh với cấu trúc tương tự.

Hệ thống có khả năng vận chuyển tương đương 10 xe tải hoạt động cùng lúc mỗi giờ. Việc đào sâu tới 1km thường đi kèm áp lực địa chất lớn và áp suất nước cao. Nếu không được gia cố ngay lập tức, thành vách có thể biến dạng hoặc sụp đổ – hiện tượng được gọi là “lời nguyền an toàn” trong xây dựng công trình sâu.

Sau quá trình nghiên cứu với nhiều tổ chức khoa học trong nước, nhóm đã phát triển giải pháp gia cố thành trục theo thời gian thực nhằm đảm bảo an toàn.

Theo ông Ding, nhóm phát triển kỳ vọng sẽ mở rộng ứng dụng của Gangtie Jiliang trong tương lai, qua đó giúp Trung Quốc chiếm ưu thế công nghệ trong lĩnh vực khai thác dưới lòng đất sâu.