反井钻机施工方法自20世纪70年代进入我国起,已在煤矿、水电、交通等行业工程建设中得到广泛应用。镶齿滚刀作为反井钻机的关键性部件和易损耗部件,其破岩效果直接影响着钻机的钻进效率和开挖成本,因此对其性能及合理布置进行探讨显得尤为重要。本文利用有限元软件,模拟了4种(球齿、锥齿、镐齿1、镐齿2)齿形的单齿压入岩石过程和镶齿滚刀滚压破岩动态过程,主要研究内容及结论如下:1、模拟了单齿压入岩石的过程,分析了岩石应力以及不同网格尺寸下对模拟结果的影响,研究了各单齿在不同压力下的破岩效果。结果表明:(1)侵深和破岩体积均随压力增加呈非线性增大。(2)镐齿的破岩效果最好,锥形齿的破岩效果次之,球齿的破岩效果最差。2、模拟了镶齿滚刀滚压破岩的过程,分析了滚刀受力、岩石应力情况以及岩石模型尺寸对模拟结果的影响,研究了岩石抗压强度、切深、锥齿齿形、刀齿间距以及刀齿排距对滚刀破岩效果的影响。结果表明:(1)岩石抗压强度越高,破岩比能越高,破岩越困难。(2)岩石的破岩比能随切深增加,先减少后增大,存在临界切深,此时破岩比能最小。(3)相同切深下,锥齿滚刀的破岩效果比球齿滚刀好。(4)锥齿的锥顶半径R增大会导致滚刀力增大,破岩比能减小;锥顶角θ增大会导致滚刀力增大。(5)刀齿间距较大时,破岩比能变化较小,破岩比能总体随刀齿间距的减小而减小。(6)岩石的破岩比能随刀齿排距的增加,先减小,后增大。