Порода может разрушаться и при напряжениях, не достигших предела прочности. В этом случае имеет место усталостное разрушение пород, механизм которого заключается в том, что при напряжениях, превышающих предел усталости, но меньших предела прочности, в отдельных микрообъемах возникают напряжения, приводящие к образованию микротрещин. По мере увеличения числа циклов нагружения количество микротрещин растет, прочность породы снижается до значений действующих напряжений, и образцы разрушаются.

Энергия единичного удара может быть увеличена за счет увеличения массы ударника или его скорости. Установлено, что при постоянной энергии удара с повышением скорости приложения нагрузки эффект разрушения увеличивается для всех испытываемых образцов.

Характер изменения глубины погружения за удар при постоянной энергии единичного удара с изменением скорости приложения нагрузки показывает, что для каждой породы имеется оптимальная скорость, обратно пропорциональная крепости пород, превышение которой снижает эффект разрушения.

Изменение скорости приложения нагрузки влияет на эффект разрушения различных пород по-разному. Так, относительная крепость кварца при скорости нагружения 2,07 м/с оказывается выше, а при скорости 14,03 м/с — ниже крепости гранита. С увеличением скорости нагружения до 20 м/с и более зона пластической деформации кварца под штампом становится меньше, чем при статических испытаниях, а в мраморе при скорости 40 м/с пластические деформации вообще не обнаруживаются.

Опыты показывают, что при скорости нагружения до 2—3 м/с прочностные характеристики пород изменяются незначительно. Увеличение скорости приложения нагрузки свыше 8—10 м/с сложно из-за чрезмерных контактных напряжений в месте соударения. При разрушении пород недостаток элергии отдельных ударов не может быть компенсирован их количеством. Поэтому необходимо прежде всего увеличивать энергию единичного удара до пределов, определяемых прочностью бурового инструмента, и только после этого увеличивать частоту ударов.

Возможность увеличения частоты ударов должна рассматриваться с учетом санитарно-гигиенических требований к условиям труда рабочих. Работа на ручных бурильных молотках с частотой ударов более 2000 мин-1 вызывает опасные для здоровья вибронагрузки и создает недопустимо высокие шумы.

К машинам ударного бурения относятся перфораторы, станки ударно-канатного бурения, бурильные молотки.

Все типы перфораторов — ручные, колонковые, телескопные — работают по одному принципу и имеют много общего в своем устройстве. Буры для перфораторов изготовляют из специальной буровой стали высокого качества (обычно марки У7А) шестигранного или круглого сечения. Головки буров бывают различной формы, но чаще всего долотчатой и крестовой. Наряду с цельными бурами, широко применяют и буры со съемными коронками, которые соединяются с буровыми штангами при помощи специальной резьбы или за счет трения между коническими поверхностями.

Станки ударно-канатного бурения также имеют общий для всех видов принцип действия и аналогичную конструкцию основных узлов. Во время бурения в скважину подливается вода, и частицы разрушенной породы благодаря постоянному возвратно-поступательному движению бурового инструмента переходят во взвешенное состояние, образуя буровой шлам. Для удаления шлама периодически извлекают буровой снаряд, а на желоночном канате в скважину опускают желонку. После двух-трех опусканий желонки вновь продолжают бурение.

На станках ударно-канатного бурения устанавливают асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и с контактными кольцами, позволяющими менять число оборотов. Оптимальная скорость бурения соответствует определенной высоте подвески долота над забоем скважины. Лабораторией открытых горных пород ИГД АН СССР разработано устройство для полуавтоматического регулирования высоты подвески бурового снаряда станка БУ-2, дающее возможность увеличить скорость бурения на 20—30%.

Советскими учеными разработан инженерный метод расчета, позволяющий определить главные величины, от которых зависит эффективность ударного бурения: вес бурового инструмента, силу удара, глубину внедрения в породу и угол поворота долота.

Необходимо отметить, что теоретические предпосылки учитывают далеко не все факторы, определяющие процесс бурения. Так, эффективность бурения зависит от того, какой объем породы раздавливается и какой скалывается, как накладываются удары по породе один на другой, производя ее измельчение, какова высота бурового шлама и его плотность в скважине и др.