在我国能源消耗中,煤炭消耗占据57%的比例。我国煤矿开采主要集中在井下,地质条件复杂,煤矿安全事故频发。在发生矿难后,巷道大多堵塞,矿井内风险性高,救援时间紧迫,在发生事故后的72小时为黄金救援时间,在此时间节点内快速与安全的打通救援通道,能够极大的降低死亡率。而现有的救援方法存在诸多问题,如开挖效率低,危险性高。因此,急需一款快速安全构建救援通道的井下救援装备。顶管法因为其掘进效率较高、掘进支护同步进行的特点,非常适用于井下救援领域。而矿用顶管掘进机作为目前在研究中的新型煤矿安全救援装备,其在救援过程中的掘进排渣能力与掘进安全性能直接影响救援效率与人员安全,但目前针对矿用顶管掘进机排渣能力与掘进安全性能的研究非常缺乏,另外,掘进机刀盘的设计缺乏系列化与标准化,导致刀盘设计开发效率较低。因此,本文基于矿用顶管掘进机相关掘进参数,研究掘进参数对矿用顶管掘进机渣土流动性能与掘进安全的影响;并针对螺旋输送机,分析相关参数对无轴式螺旋输送机排渣性能的影响。此外,针对矿用顶管掘进机刀盘开发效率低的问题,开发了刀盘数字化工具箱,为刀盘高效设计提供了新方法。首先,采用参数反演法,即基于室内试验-仿真实验结果的互相验证,获得合理的颗粒微观参数,采用EDEM离散元软件,从颗粒模型建立开始,完成了矿用顶管掘进机与作业对象仿真模型的建立。其次,针对两种给定的不同刀盘（辐条式与辐板式）,分析了不同掘进参数（刀盘转速,顶进速度）对掘进机煤岩颗粒速度,流量,接触力的影响,并给出合理的掘进参数组合。接下来,采用离散元结合有限元耦合分析的方法,研究了不同掘进参数下,辐条式与辐板式两种刀盘的应力、变形、载荷变化情况。寻求渣土流动性与掘进安全性的平衡时的最佳掘进参数。接下来,在广州进行非稳定钻进环境模拟与钻进作业验证性试验,验证仿真的有效性。随后,针对无轴式螺旋输送机,分析了转速与螺距对输送机排渣性能的影响。最后,考虑传统刀盘设计方式效率较低,难以标准化的问题,采用二次开发技术,研究了满足常见刀盘设计的通用的掘进机刀盘设计系统方法,开发一款针对矿用顶管掘进机刀盘的设计系统,实现参数化刀盘设计与开发工作。本文的研究内容为提升矿用顶管掘进排渣能力与掘进安全性提供了理论依据,为刀盘设计提供了新方法,提高了设计效率,为掘进参数的选择提供了新的思路与方法。最终能够为井下救援施工过程的快速与安全性提供指导。