Princíp konštrukcie nástrojov na vŕtanie hornín je založený na hlbokom pochopení mechanizmu rozbíjania hornín. Prostredníctvom koordinovanej konfigurácie mechanickej štruktúry a energetického systému sa vstupná energia efektívne premieňa na deštruktívnu silu pôsobiacu na horninu na dne diery, čím sa dosahuje rýchle vytváranie dier a stabilná prevádzka. V podstate využíva náraz, rotáciu a kombinované akcie na vyvolanie trhlín a odlupovania v hornine pri koncentrácii napätia a strihu. Celý dizajn sa točí okolo prenosu energie, prispôsobenia sa stresu a prispôsobenia sa pracovným podmienkam.
Z hľadiska mechanizmu rozbíjania horniny je pevnosť horniny v tlaku oveľa vyššia ako jej pevnosť v ťahu a šmyku. Táto vlastnosť sa často využíva v dizajne. Náraz generuje prechodné vysoko{2}}tlakové vlny na dne diery, ktoré vytvárajú radiálne a obvodové trhliny v skale. Následne rotácia alebo nepretržitý náraz spôsobí, že sa trhliny rozšíria a preniknú, čo nakoniec vytlačí úlomky horniny z otvoru pod axiálnym ťahom. Na základe litologických rozdielov možno nástroje rozdeliť na dominantné typy nárazu{5}}dominantné, rotačné{6}}rezanie-dominantné a kombinované{8}}rotačné-typy, ktoré zodpovedajú rôznym režimom pôsobenia stresu a metódam odstraňovania trosky.
Štruktúra prenosu energie je základným prvkom dizajnu. Pneumatické nástroje na vŕtanie hornín využívajú ako zdroj energie stlačený vzduch. Prúd vzduchu je riadený distribučným ventilom, ktorý striedavo vstupuje do dvoch komôr valca a poháňa piest vysokofrekvenčným vratným pohybom, čím sa premieňa energia tlaku vzduchu na energiu nárazu. Hydraulické nástroje na vŕtanie hornín na druhej strane využívajú hydraulické čerpadlo na výstup vysokotlakového- oleja, ktorý poháňa nárazový piest a rotačný motor, pričom kombinuje výhody vysokého krútiaceho momentu a regulovateľnej frekvencie nárazov. Oba typy napájania vyžadujú riešenia pre účinnosť premeny energie, prispôsobenie nárazovej energie a frekvencie a nízkeho trenia a vysokej spoľahlivosti pohyblivých častí.
Konštrukcia pohonu musí brať do úvahy koordináciu medzi nárazovým koncom a rotujúcim koncom. Kontaktná dvojica medzi piestom a vrtákom na konci nárazu musí mať vysokú odolnosť proti opotrebovaniu a odolnosť proti únave; zdvih a hmotnosť určujú veľkosť energie jednotlivého nárazu. Otočný koniec prenáša rotačný pohyb na vrtnú tyč prostredníctvom ozubených kolies alebo drážok, čím zaisťuje stabilný prenos aj pri silách reakcie nárazu. Konštrukcia hnacieho a vodiaceho mechanizmu musí zabezpečiť, aby os vrtnej tyče bola zarovnaná s osou otvoru, aby sa predišlo nesprávnemu nastaveniu vedúcemu k zaseknutiu vrtáka alebo nepravidelnému tvaru otvoru. Nastaviteľné ovládanie axiálnej sily zaisťuje optimálne prispôsobenie nárazu a rotačného pôsobenia.
Dizajn pomocného systému odráža zohľadnenie prispôsobivosti pracovným podmienkam. Vodovodný systém vstrekuje čistú vodu do spodnej časti vrtu, aby ochladil vrták a potlačil prach a skalné odrezky. Jeho prietok a tlak musia byť prispôsobené frekvencii nárazov. Mazací systém nepretržite dodáva olejovú hmlu alebo hydraulický olej do pohyblivých častí, aby sa znížilo opotrebovanie a zachovalo sa tesnenie. Konštrukcie na tlmenie hluku a vibrácií znižujú nepriaznivé účinky hluku a vibrácií na obsluhu a samotné zariadenie.
Zavedením snímačov a riadiacich jednotiek sa v modernom dizajne rozširuje princíp od jednoduchého mechanického výdaja energie na inteligentnú reguláciu. Monitorovaním parametrov, ako sú frekvencia nárazu, rotačný moment, sila pohonu a teplota v reálnom čase, môže riadiaci systém dynamicky upravovať výstupný výkon a prevádzkové parametre tak, aby sa prispôsobili rôznym typom hornín a pracovným podmienkam, pričom zachováva efektívne lámanie hornín a prevádzku s nízkou{1}}stratou.
Celkovo je princíp konštrukcie nástrojov na vŕtanie hornín založený na mechanike hornín. Prostredníctvom premeny výkonu, koordinácie nárazov a rotácie, navádzania pohonu a integrácie pomocných systémov dosahuje efektívne využitie energie a adaptívne pracovné podmienky, čím poskytuje spoľahlivé prostriedky na lámanie hornín a vytváranie vrtov pre banské a geotechnické inžinierstvo.
