Chế tạo máy đào công trình nặng 500 tấn có khả năng khoan xuyên đá cứng khiến thế giới chấn động

Trung Quốc đã ra mắt cỗ máy đầu tiên trên thế giới có khả năng đào giếng đứng xuyên đá cứng ở độ sâu hơn 1.000 m. Thiết bị nặng khoảng 500 tấn, rộng hơn 8 m, được ví như “tàu sân bay dưới lòng đất” và được kỳ vọng sẽ tạo ra bước đột phá trong ngành khai khoáng siêu sâu.

Cỗ máy mang tên Gangtie Jiliang, hay “Steel Backbone” (Xương sống thép), hoạt động như một mũi khoan khổng lồ đào thẳng từ mặt đất xuống sâu dưới lòng đất.

Thiết bị được phát triển nhằm giải quyết một trong những thách thức lớn nhất của ngành khai khoáng hiện nay: Khoan xuyên đá cứng ở độ sâu cực lớn để tiếp cận các mỏ khoáng sản chiến lược như vàng, lithium và tungsten nằm sâu hơn 1 km dưới bề mặt Trái Đất.

Trung Quốc cho biết đây là cỗ máy đầu tiên trên thế giới có khả năng đào giếng đứng toàn tiết diện trong địa tầng đá cứng ở độ sâu hơn 1.000 m. Thiết bị do Tập đoàn Đường sắt Xây dựng Trung Quốc (CRCC) phát triển và chính thức xuất xưởng tại thành phố Trường Sa ngày 16/4/2026.

Theo CRCC, Gangtie Jiliang thuộc nhóm máy đào giếng đứng toàn tiết diện dành cho địa tầng đá cứng, còn gọi là shaft boring machine.

Trung Quốc phát triển thiết bị này nhằm giải quyết bài toán khai khoáng tồn tại nhiều năm qua: Tiếp cận các mỏ khoáng sản nằm sâu hơn 1 km dưới lòng đất một cách an toàn và hiệu quả, trong điều kiện áp lực địa chất lớn, nhiệt độ cao và lớp đá cực cứng khiến các phương pháp truyền thống gặp nhiều hạn chế.

Khác với các phương pháp đào giếng truyền thống vốn chậm và nguy hiểm, Gangtie Jiliang khoan trực tiếp từ mặt đất xuống dưới bằng đầu cắt hình tròn khổng lồ bao phủ toàn bộ đường kính giếng, hoạt động tương tự một máy khoan điện cỡ lớn.

Phương pháp này đánh dấu sự chuyển dịch từ kỹ thuật đào ngang sang đào thẳng đứng, cho phép tạo ra các tuyến tiếp cận mỏ sâu nhanh hơn và an toàn hơn.

Dự án bắt đầu từ năm 2021, khi CRCC thành lập nhóm nghiên cứu chuyên trách nhằm giải quyết ba thách thức lớn gồm đào xuyên đá cứng, xử lý đất đá thải và gia cố thành giếng. Gangtie Jiliang là thế hệ thứ hai kế thừa mẫu máy trước đó mang tên Shuchang, với hàng loạt cải tiến về đầu cắt, hệ thống chống đỡ, sàn treo và cơ cấu nâng hạ. Tổng cộng, dự án đã tạo ra hơn 20 bằng sáng chế công nghệ.

Một trong những chi tiết gây chú ý nhất của dự án nằm ở thiết kế đầu cắt hình nón có khả năng tự động điều chỉnh hướng. Các kỹ sư Trung Quốc cho biết cảm hứng cho thiết kế này lại đến từ một vật dụng rất đời thường: Chiếc gọt bút chì.

Theo kỹ sư Ke Wei - một trong các nhà thiết kế hệ thống đào - nhóm nghiên cứu ban đầu cho rằng lực phá đá đạt tối đa khi lưỡi cắt vuông góc với bề mặt đá. Tuy nhiên, quá trình quan sát cách gọt bút chì đã đưa họ tới kết luận ngược lại: Khi lưỡi dao được đặt ở góc nghiêng nhỏ hơn, việc cắt trở nên dễ dàng hơn.

Áp dụng nguyên lý này, các kỹ sư phát hiện việc đặt lưỡi cắt theo góc nghiêng giúp tăng lực phá đá đáng kể đối với địa tầng cực cứng - yếu tố then chốt giúp dự án trở nên khả thi.

Theo các chuyên gia địa chất, các mỏ khoáng sản dễ khai thác gần mặt đất đang dần cạn kiệt, buộc ngành khai khoáng phải tiến sâu hơn vào lớp vỏ Trái Đất - nơi tập trung nhiều khoáng sản giá trị hơn. Tuy nhiên, khai thác ở độ sâu lớn luôn là bài toán kỹ thuật và tài chính cực kỳ khó khăn do áp lực địa chất khổng lồ, nhiệt độ cao và lớp đá cực cứng.

Gangtie Jiliang được thiết kế chính để đối phó với những điều kiện này, duy trì hoạt động khoan ổn định và liên tục ở nơi các phương pháp truyền thống thường thất bại.

Giới địa chất cho rằng những tầng sâu hơn trong lớp vỏ Trái Đất thường chứa hàm lượng khoáng sản lớn hơn, mở ra tiềm năng khai thác các khoáng sản chiến lược như antimon, vàng, kẽm, tungsten và đặc biệt là lithium - nguyên liệu thiết yếu cho pin và quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu.

Sau giai đoạn thử nghiệm tại một giếng thông gió thuộc dự án cao tốc ở tỉnh Tứ Xuyên, Gangtie Jiliang hiện đã được triển khai thực tế trong dự án khai thác quặng sắt của tập đoàn Ansteel - một trong những nhà sản xuất thép lớn nhất Trung Quốc tại thành phố An Sơn, tỉnh Liêu Ninh. Nhiệm vụ của cỗ máy là mở đường tiếp cận các mỏ quặng nằm sâu hơn 1 km dưới lòng đất.

Trung Quốc coi đây là cột mốc giúp nước này lấp đầy khoảng trống công nghệ toàn cầu trong lĩnh vực đào giếng siêu sâu, qua đó đưa nước này vào nhóm dẫn đầu thế giới về công nghệ mở giếng đứng siêu sâu.

Theo kỹ sư trưởng dự án Ding Zhangfei, quá trình phát triển thiết bị đòi hỏi vượt qua hàng loạt rào cản kỹ thuật phức tạp và tạo ra nhiều bằng sáng chế mới. Thành tựu này hiện được xem là thành công của một dự án nghiên cứu và phát triển quy mô quốc gia.

Sự xuất hiện của cỗ máy được cho là có thể làm thay đổi đáng kể ngành khai khoáng và xây dựng công trình ngầm trên toàn cầu.

Công nghệ này hứa hẹn giúp tiếp cận các tầng khoáng sản sâu nhanh hơn mà không cần mở các hố khai thác khổng lồ trên mặt đất, qua đó giảm tác động môi trường và tăng tính khả thi cho những dự án trước đây bị xem là không thể triển khai vì rào cản kỹ thuật.

Dù vậy, giới quan sát cho rằng vẫn cần thêm thời gian để kiểm chứng hiệu quả dài hạn của Gangtie Jiliang trong điều kiện khai thác thực tế.

Nếu thiết bị chứng minh được hiệu quả ổn định tại Liêu Ninh, công nghệ này nhiều khả năng sẽ ảnh hưởng tới các dự án khai khoáng siêu sâu trên toàn cầu và mở ra tiêu chuẩn mới cho việc khai thác tài nguyên ở độ sâu lớn - lĩnh vực có vai trò chiến lược với nền kinh tế thế giới.