煤矿开采作业中,矿工开采是主要的作业方式。然而煤矿作业施工条件差,一旦发生坍塌事故,会造成大量人员伤亡。采取科学合理及时的救援措施是救援工作的关键。因此,迫切需要研制一种安全快速且适用于复杂环境的钻进技术及装备。采用顶管施工方法能够适用于井下大断面环境下的救援工作。切刀和滚刀作为常用的切削工具,破碎煤岩机理以及相关切削参数的设置,有助于提高破碎煤岩的效率,这些也会影响刀盘的设计。因此本文开展研究常用的破岩刀具破碎煤岩作用机理、切削参数对破岩效果的影响规律以及刀盘的开发设计,对我国自主研发刀具、优化刀具结构并在实际工程中应用提供一定的基础和参考,同时也可为顶管施工快速安全掘进提供理论依据。主要的研究内容如下:（1）基于煤岩的材料性质和切刀的结构特点,建立切刀切削煤岩的有限元分析模型,模拟了切刀破碎煤岩的切削过程,分析了切刀作用下的煤岩破碎原理和切削力变化的影响规律,研究了切刀不同切削前角和不同切削深度下的切削力的变化规律;（2）对滚刀破岩理论以及破坏准则进行了归纳总结,根据Drucker-Prager塑性准则和相关力学等知识,建立单把滚刀破碎岩石的有限元分析模型,模拟了滚刀破碎煤岩的破岩过程,分析了不同时刻的应力云图以及滚刀所受的三向力的变化规律,分析了单滚刀破碎煤岩的贯入度、切削速度对切削力的影响规律;（3）基于Drucker-Prager模型描述煤岩塑性本构关系,分别在双滚刀同时切削和顺次切削条件下,模拟了双滚刀作用下煤岩变形、破碎和剥离的破坏过程。分析了刀间距对切削力、岩石破碎量和比能的影响,最后对比两种切削方式的不同;（4）针对矿用顶管掘进机进行了刀盘结构设计,包括刀盘的选型、刀盘支撑梁位置、刀盘开口率等,并且创建了刀盘三维实体模型。针对四种不同的工况进行了有限元模拟分析,保证了刀盘的可靠性和设计的合理性。最后,选用广东某碎石场为实验基地,进行了现场实验,验证了刀盘设计的合理性。通过本课题的研究,得出了切削刀具切削煤岩的作用机理以及不同的切削参数对切削刀具破岩效果和破岩受力的影响规律;设计了矿用顶管掘进机刀盘的结构和获得了不同工况下的刀盘变形图和应力云图,为优化刀具的结构、刀盘设计以及掘进参数提供了一定的基础和思考,同时也可为顶管施工快速安全掘进提供理论依据。