Cỗ máy mang cái tên đầy uy lực "Gangtie Jiliang" được thiết kế để thực hiện một sứ mệnh chưa từng có trong lịch sử: khoan thẳng đứng xuống lòng đất, xuyên qua hàng nghìn mét đá cứng để chạm tới "trái tim" của hành tinh.
Được dịch sang tiếng Anh là "Steel Backbone" (Xương sống thép), Gangtie Jiliang được giới thiệu là cỗ máy đào hầm đầu tiên trên thế giới có khả năng đào các giếng đứng toàn tiết diện với độ sâu vượt quá 1.000 mét trong điều kiện địa chất đá cứng.
Với trọng lượng khoảng 500 tấn và chiều rộng 8,1 mét, cỗ máy này trông không giống một thiết bị khai thác mỏ thông thường mà giống một "tàu sân bay dưới lòng đất" hơn. Đây là nhận định từ tờ Science and Technology Daily , cơ quan ngôn luận của Bộ Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, hồi đầu tuần này.
Sứ mệnh chinh phục "kho báu" trong lòng đất
Được phát triển bởi Tập đoàn Xây dựng Đường sắt Trung Quốc (CRCC), "đại lực sĩ" công nghiệp này đã chuyển từ giai đoạn lắp ráp lập kỷ lục sang vận hành toàn quy mô và hiện đã được triển khai tại một dự án quặng sắt ở tỉnh Liêu Ninh, đông bắc Trung Quốc. Nhiệm vụ của nó là mở khóa một thế giới giàu có đang bị chôn giấu sâu bên dưới lớp vỏ Trái Đất.
Tiềm năng khoáng sản ở tầng sâu của Trung Quốc là vô cùng lớn. Các chuyên gia ước tính lượng tài nguyên ở dưới sâu cao gấp đôi so với những gì đã được chứng minh ở gần bề mặt. Ví dụ:
Antimon: Một khảo sát năm 2018 của Cục Khảo sát Địa chất Trung Quốc cho thấy tài nguyên antimon ở độ sâu tới 2.000 mét lớn gấp 5,3 lần trữ lượng đã biết. Đây là á kim tối quan trọng cho sản xuất pin, chất bán dẫn và hợp kim. Chì, Kẽm và Vàng: Trữ lượng dưới lòng đất sâu lớn gấp khoảng 4 lần. Wolfram (Tungsten): Loại kim loại cứng, đậm đặc thiết yếu cho ngành hàng không vũ trụ và quốc phòng có trữ lượng dưới sâu lớn gấp 3 lần so với bề mặt. Lithium, đất hiếm và than đá: Cũng duy trì tỷ lệ tài nguyên sâu-nông là 3:1.Trong hàng thế kỷ, con người đã khai thác cạn kiệt các tầng nông, và giờ đây, những "miếng mồi ngon" dễ tiếp cận đã không còn.
Đột phá công nghệ từ trí tuệ cổ xưa
Khác với các phương pháp đào giếng sâu truyền thống, Gangtie Jiliang được chế tạo đặc biệt để đối đầu với đá cứng. Nó sở hữu một đầu cắt hình tròn khổng lồ bao phủ toàn bộ đường kính của giếng, khoan thẳng đứng từ bề mặt giống như một chiếc máy khoan điện cỡ đại.
Ông Đinh Chương Phi (Ding Zhangfei), thiết kế trưởng của dự án, chia sẻ với tờ Science and Technology Daily rằng đội ngũ đã vượt qua nhiều rào cản kỹ thuật lớn, mang lại hàng loạt bằng chứng nhận sáng chế. Một trong những thách thức dai dẳng nhất là làm thế nào để vận chuyển khối lượng đất đá vỡ và bùn thải khổng lồ lên bề mặt một cách hiệu quả.
Không giống như máy khoan hầm nằm ngang, máy khoan giếng đứng phải chống lại trọng lực – thứ khiến các mảnh vụn tích tụ ngay trước đầu cắt. Trong suốt gần sáu tháng, đội ngũ kỹ sư đã thử nghiệm nhiều giải pháp nhưng đều thất bại. Bước ngoặt chỉ đến trong một lần ông Đinh đi dạo tại công viên đất ngập nước ở Trường Sa và bắt gặp một chiếc guồng nước xương rồng.
Lấy cảm hứng từ thiết bị thủy lợi bằng gỗ thông minh đã được sử dụng tại Trung Quốc từ hơn 2.000 năm trước, các kỹ sư đã phát triển một hệ thống dọn bùn thải thẳng đứng thông minh dựa trên cấu trúc tương tự. Công suất vận chuyển mỗi giờ của hệ thống này tương đương với 10 chiếc xe tải hoạt động cùng lúc.
Vượt qua "lời nguyền an toàn" của ngành xây dựng sâu
Việc đào sâu xuống một cây số thường phải đối mặt với ứng suất địa tầng cực lớn và áp lực nước cao. Nếu không có sự gia cố tức thì, các vách đá có thể biến dạng hoặc đổ sập ngay khi vừa được cắt – hiện tượng này được gọi là "lời nguyền an toàn" của các công trình xây dựng sâu.
Thông qua nghiên cứu phối hợp với nhiều tổ chức khoa học trong nước, đội ngũ đã phát triển thành công phương pháp gia cố vách giếng theo thời gian thực. Ông Đinh cho biết mục tiêu tương lai là áp dụng Gangtie Jiliang vào phạm vi công việc rộng lớn hơn, giúp Trung Quốc "chiếm lĩnh đỉnh cao công nghệ" trong lĩnh vực đào đắp dưới lòng đất sâu.
Sự cần thiết của những dự án như vậy đã được nhấn mạnh trong một bài báo năm 2022 trên tạp chí Strategic Study of Chinese Academy of Engineering . Các nhà nghiên cứu hàng đầu chỉ ra rằng khi tài nguyên khoáng sản tầng nông cạn kiệt, ngành công nghiệp bắt buộc phải khai thác ở độ sâu vượt quá 1.000 mét để duy trì tăng trưởng.
Trung Quốc hiện đã xây dựng hơn 40 giếng than đá và gần 20 giếng khai thác kim loại sâu hơn 1.000 mét, trong đó có 7 giếng vượt quá 1.500 mét. Để giảm thiểu các rủi ro nghề nghiệp liên quan đến phương pháp khoan và nổ mìn truyền thống trong điều kiện bất ổn, đã có những lời kêu gọi khẩn trương nghiên cứu các thiết bị tự hành cao cấp và an toàn hơn.
Tầm nhìn chiến lược hơn cả khai thác mỏ
Ngoài khai thác khoáng sản, cỗ máy khoan này có thể đóng vai trò then chốt trong hạ tầng chiến lược. Các chuyên gia năng lượng Trung Quốc đã đề xuất xây dựng một mạng lưới ngầm xuyên suốt miền Tây Trung Quốc để bảo vệ các cơ sở năng lượng và quốc phòng trọng yếu. Họ lập luận rằng các tài sản quan trọng nên được đặt sâu dưới bề mặt Trái Đất – một độ sâu vừa an toàn hơn, vừa khó bị phát hiện hơn bởi các thiết bị trinh sát.
