עקרון התכנון של כלי קידוח סלע מבוסס על הבנה עמוקה של מנגנון שבירת הסלע. באמצעות התצורה המתואמת של המבנה המכני ומערכת החשמל, אנרגיית הכניסה מומרת ביעילות לכוח הרס הפועל על הסלע בתחתית החור, ובכך משיגה היווצרות חורים מהירה ופעולה יציבה. בעיקרו של דבר, הוא מנצל פגיעה, סיבוב ופעולות משולבות כדי לגרום לסדקים והתפרקות בסלע תחת ריכוז מתח וגזירה. העיצוב כולו סובב סביב העברת אנרגיה, התאמת מתח והתאמה לתנאי העבודה.
מנקודת המבט של מנגנון שבירת הסלע, חוזק הלחיצה של הסלע גבוה בהרבה מחוזק המתיחה והגזירה שלו. מאפיין זה משמש לעתים קרובות בעיצוב. ההשפעה יוצרת גלי מתח- בלחץ גבוה בתחתית החור, ויוצרים סדקים רדיאליים והיקפיים בתוך הסלע. לאחר מכן, סיבוב או פגיעה מתמשכת גורמת לסדקים להתרחב ולחדור, ולבסוף לגרש את שברי הסלע מהחור בדחף צירי. בהתבסס על הבדלים ליתולוגיים, ניתן לחלק כלים לסוגים דומיננטיים של השפעה-, סיבוב-חיתוך-דומיננטי וסיבוב-משולב-השפעה, בהתאמה למצבי פעולת מתח ושיטות שונות להסרת סיגים.
מבנה העברת הכוח הוא מרכיב הליבה של העיצוב. כלי קידוח סלע פניאומטיים משתמשים באוויר דחוס כמקור כוח. זרימת האוויר נשלטת על ידי שסתום הפצה כדי להיכנס לסירוגין לשני החדרים של הצילינדר, ומניעה את הבוכנה בתנועה הדדית-תדר גבוהה, וממירה אנרגיית לחץ אוויר לאנרגיית פגיעה. כלי קידוח סלע הידראוליים, לעומת זאת, משתמשים במשאבה הידראולית כדי להפיק שמן בלחץ גבוה-, המניע את בוכנת הפגיעה והמנוע הסיבובי, תוך שילוב היתרונות של מומנט גבוה ותדירות פגיעה ניתנת לשליטה. שני סוגי ההספק דורשים פתרונות ליעילות המרת אנרגיה, התאמה בין אנרגיית ההשפעה והתדר, והחיכוך הנמוך והאמינות הגבוהה של החלקים הנעים.
תכנון המפעיל חייב לשקול את התיאום בין קצה הפגיעה לקצה המסתובב. זוג המגע בין הבוכנה למקדחה בקצה הפגיעה חייב להיות בעל עמידות בפני שחיקה והתנגדות עייפות גבוהה; השבץ והמסה קובעים את גודל אנרגיית הפגיעה הבודדת. הקצה המסתובב מעביר תנועה סיבובית אל מוט המקדחה דרך גלגלי שיניים או רצועות, מה שמבטיח העברה יציבה גם תחת כוחות תגובה לפגיעה. התכנון של מנגנוני ההנעה והמנחים חייב להבטיח שציר מוט הקידוח מיושר עם ציר החור כדי למנוע חוסר יישור שיוביל לתקיעת מקדחה או צורת חור לא סדירה. בקרת כוח צירית מתכווננת מבטיחה התאמה מיטבית של פעולות ההשפעה והסיבוב.
תכנון מערכת העזר משקף התחשבות בהתאמה לתנאי העבודה. מערכת אספקת המים מזריקה מים נקיים לתחתית הקידוח כדי לקרר את המקדחה ולדכא אבק וחיתובי סלע. יש להתאים את קצב הזרימה והלחץ שלו לתדירות ההשפעה. מערכת הסיכה מספקת ברציפות ערפל שמן או שמן הידראולי לחלקים הנעים כדי להפחית בלאי ולשמור על איטום. מבנים להפחתת רעש ושיכוך רעידות מפחיתים את ההשפעות השליליות של רעש ורעידות על המפעילים ועל הציוד עצמו.
בעיצוב מודרני, הכנסת חיישנים ויחידות בקרה מרחיבה את העיקרון מתפוקת אנרגיה מכנית פשוטה לוויסות מושכל. על ידי ניטור פרמטרים כגון תדירות הפגיעה, מומנט סיבוב, כוח הנעה וטמפרטורה בזמן אמת, מערכת הבקרה יכולה להתאים באופן דינמי את תפוקת ההספק ואת פרמטרי ההפעלה כדי להתאים את עצמם לסוגי סלעים ותנאי עבודה שונים, תוך שמירה יעילה של שבירת סלעים ופעולת אובדן- נמוכה.
בסך הכל, עקרון התכנון של כלי קידוח סלע מבוסס על מכניקת סלע. באמצעות המרת כוח, תיאום פגיעה וסיבוב, הנחיית הנעה ושילוב מערכות עזר, הוא משיג ניצול אנרגיה יעיל ותנאי עבודה אדפטיביים, המספקים אמצעי אמין לשבירת סלעים ויצירת קידוח עבור כרייה והנדסה גיאוטכנית.
