岩石掘进以钻爆法为主要途径，甚至中硬岩石还沿用此法。但随着煤炭工业的不断发展以及城市地下工程数量的增大，悬臂式掘进机在岩石掘进中得到了一定的推广应用，同时对其破岩性能也提出了更高的要求。截齿破岩机理是掘进机械工作机构设计及破岩性能评估的重要理论基础。因此，研究截齿破岩机理，优化工作机构设计，同时指导掘进机的合理选型，对提高掘进机械破岩效率，降低掘进成本有重要的意义。本文基于岩石直线截割试验装置，深入探讨了截割参数对镐型截齿破岩性能的影响规律，建立了力学参数和比能耗等截齿破岩机理中重要指标的预测模型；以截齿破岩机理研究的结论为基础，探讨了纵轴式掘进机截割头的设计研究方法，并建立了掘进机破岩效率预测模型。为提高掘进机破岩性能，在岩石掘进中推广使用提供理论和试验依据。　　对影响镐型截齿破岩性能的主要岩石力学性质的测试方法以及各力学性质之间的关系进行了简单探讨，并建立了各力学性质之间的数学关系模型，为截齿截割破岩的理论分析、试验及力和比能耗预测模型的建立和应用奠定基础。　　在直线截割试验装置上，使用不同几何尺寸的镐型截齿，在不同截割参数条件下，对5种常见的砂岩进行了截割试验，研究了截割参数和截齿参数对截齿破岩力学参数和比能耗的影响。研究表明，截割角耦合了清理角和前角对截齿破岩性能的影响，在截割角较小时，清理角较小或趋于0°，导致截齿与岩石之间严重的摩擦，使清理角对力学参数的影响起主导作用。随着截割角的增大，截齿锥角和前角对力学参数的影响增大并起主导作用。截割厚度和截线距是影响力学参数的重要截割参数，且随之增大而增大。基于试验数据，利用回归分析的方法建立了力学参数与截齿参数及截割参数之间的数学模型，为建立考虑截齿参数、截割参数及岩石性质的力学参数预测模型提供了试验依据。　　基于断裂力学和截齿侵入岩石试验，建立了比能耗理论模型。结果表明，截割厚度是影响截齿破岩过程中比能耗的主要截割参数，为直线截割试验中比能耗影响因素的分析提供了理论依据。截齿连续截割破岩试验表明，在清理角足够大的情况下，截齿锥角、前角和截割角对比能耗的影响不明显。截割厚度和截线距对比能耗有重要影响，比能耗随着截割厚度的增大呈幂函数减小。截线距和截割厚度比值存在最优值使比能耗最小，且该比值不受截割厚度和截线距的影响。利用回归分析，建立了比能耗与截割厚度之间的数学模型，为建立比能耗的预测模型奠定了基础。　　对截齿连续截割破岩形成的岩屑进行了筛分处理，其符合Rosin-Rammler函数及分形分布规律，并且不同统计方法指标之间，指标与截割参数之间，比能耗与各指标之间存在显著的统计学关系。为比能耗的研究和预测提供了更多的方法。　　在提出了截割力、法向力和比能耗预测模型一般形式的基础上，基于理论模型和试验数据，考虑截割角、截齿锥角、岩石与截齿之间的摩擦角以及岩石强度的影响，使用主成分回归分析建立了截割力预测模型；使用法向力与截割力比值作为因子建立了法向力预测模型；考虑岩石强度和截割厚度，使用多元非线性回归分析和主成分回归分析建立了比能耗的预测模型。利用统计方法对各模型的预测性能进行了探讨和比较。所建立的模型能为掘进机械工作机构载荷的计算和性能评估提供基础参数。　　基于截齿破岩机理研究的相关结论，对纵轴式掘进机截割头的设计方法进行了探讨。以EBZ200型掘进机为例，设计了截割头，并对其破岩载荷进行了模拟，为截割头破岩性能的评估提供了方法。简单论述了以比能耗作为岩石可截割性分级指标的可行性和优势，基于比能耗预测模型建立了掘进机破岩效率预测模型，并利用统计学方法对其预测性能进行了探讨，为掘进机的选型和性能评估提供了依据。