При ударном способе порода разрушается вследствие хрупкого скола от динамических напряжений сжатия, направленных перпендикулярно плоскости забоя. При вращательном способе разрушение породы наступает вследствие статического усилия резания и скола, направленного под острым углом к поверхности забоя (образуется стружка). При шарошечном способе по забою под сильным давлением перекатываются острые зубки вращающейся шарошки.

Ударный способ бурения целесообразен при очень крепких породах, но малопроизводителен как при малой частоте ударов, так и при большой, если при этом сила удара резко снижается. Вращательный способ бурения производителен, но связан с необходимостью создания больших осевых усилий для подачи долот и эффективен в основном для мягких пород. Комбинированием удара и вращения можно получить наиболее универсальные бурильные машины, соединяющие высокую производительность с малым осевым усилием. Шарошечнозурение следует считать разновидностью ударного, но оно весьма производительно вследствие непрерывности работы и эффективно для крепких пород. Особняком стоит термическое бурение, прожигающее скважину потоком газов с температурой 2500—3000 °С, выбрасываемых из сопла горелки со скоростью 1800—2000 м/с.

При ударном, вращательном и ударно-вращательном бурении рабочим инструментом является обычно долото — перовое с одним сплошным или прерывистым лезвием, крестовое с двумя перпендикулярными лезвиями, из которых одно может выступать (опережающее), крестово-двутавровое и копытообразное.

Перовое долото позволяет получить более высокие скорости, но изнашивается быстрее, чем крестовое. В СССР применяются объемные коронки, что сокращает расход металла. Лезвия коронок могут затачиваться 10—15 раз, угол а их заострения составляет 70—90° для мягких пород, 90—120° для средних и 120—140° для крепких. Копытообразное долото работает как перовое, но имеет большую износостойкость. Диаметр долот и коронок зависит от диаметра скважины и доходит до 400 мм. При шарошечном бурении рабочий инструмент состоит обычно из трех вращающихся конусных шарошек (фрез), имеющих, как и другие инструменты, высокопрочные стальные, керамические или алмазные зубки.

Рис. 2. Схемы рабочего инструмента для канатно-ударного (а) и вращательного (б) бурения

Рис. 3. Инструмент для шарошечного (а) и термического (б) бурения

Исследование процесса ударного разрушения пород имеет целью создание условий для минимальной энергоемкости процесса. Для этого необходимо определить влияние основных факторов— скорости приложения нагрузки, энергии удара, геометрии рабочего органа и т. п.

Одним из важнейших условий целесообразности процесса Удара является соответствие изменения ударного импульса и сопротивления грунта. Исследования показали, что это сопротивление изменяется по возрастающему закону. Тогда ударный импульс изменяется при обычной конструкции ударного органа по закону, близкому к параболическому, по очень растянутой падающей ветви. При этом установлено, что изменения скорости Удара и длительности импульса могут снижать энергоемкость разрушения в определенном для какдой породы диапазоне.

Важнейшим параметром бурильной машины является энергия одного удара. Многочисленные исследования показали, что скорость ударного бурения приближенно пропорциональна энергии удара, а оптимальная энергия удара — крепости разрушаемой породы.

Показателем энергии удара для данной машины является удельная энергия удара — отношение энергии одного удара к единице длины лезвия коронки. Однако оптимальная величина удельной энергии удара для крепких пород практически недостижима вследствие недостаточной прочности рабочих органов (коронок). Именно этим объясняется переход на вращательное и ударно-вращательное бурение.

Использование мощности бурильной машины в значительной степени зависит от усилия подачи, которое влияет на внутренние процессы ударного механизма. Недостаточное усилие подачи вызывает отход при ударе рабочего органа от забоя и уменьшение энергии части удара, передаваемого на породу. Чрезмерно большое усилие подачи вызывает снижение амплитуды отдачи лезвия коронки до нуля, что уменьшает силу удара и увеличивает необходимый для вращения крутящий момент и износ коронки.

Использование азотной кислоты в качестве окислителя увеличивает значения q, но усложняет конструкцию и эксплуатацию станков термического бурения, как, впрочем, и применение кислорода. Поэтому у нас получили распространение термовоздушные горелки.