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21世纪地下空间的利用和开发得到了空前快速的发展。各种机械开挖手段已经基本取代了人工开凿，如硬岩掘进机（Tunnel Boring Machine）、盾构机(Shieldtunneling machine)、反井钻机(Raise boring machine)、巷道掘进机(Road header)等机械在地下工程施工中得到了广泛的应用。这些机械在地下施工领域的应用大大提高了施工效率及节省了人力资源，同时也有效地减少了事故的发生。 反井钻机法施工最早于1949年由德国工程师赫尔·贝德提出并付诸实践。我国反井钻机于70年代由冶金工业系统研制和使用，我国煤炭系统从20世纪80年代开始反井钻机研究，90年代从煤炭系统软岩地层到水电系统深井硬岩地层都得到进一步发展。21世纪，根据煤炭风井和水电系统抽水蓄能电站深井、斜井开发需要，开始研制大型反井钻机，相继完成LM系列反井钻机以及BMC系列大型反井钻机。目前，反井钻机可钻孔直径可达6米多，井深可达900多米。 随着反井钻机应用范围的扩大，遇到坚硬岩石的情况越来越多，同时也出现了不少问题，如钻进效率不高，拉力与滚刀承载力搭配不当、经常出现镶齿滚刀损坏等，导致了施工进度缓慢，成本也随之增加。在其施工过程中，破岩效率是影响施工速度和工程造价的重要因素。反井钻机大多使用多刃盘形镶齿滚刀破岩，研究镶齿滚刀破岩机理以及不同贯入度对破岩效率的影响具有深远意义。目前，室内机械破岩实验已成为指导机械在地下工程施工不可或缺的一个手段，也可为开挖机械的设计提供重要设计参数。本文介绍了反井钻机的组成结构及其种类，总结了导孔钻头及扩孔钻头上不同类型刀具的破岩机理，同时也介绍了北京工业大学自行研制的大型机械破岩平台的组成结构及功能，并应用该破岩实验平台做镶齿滚刀破岩实验。在其上安装12英寸(305mm)的常用镶齿滚刀，针对北山花岗岩进行相关破岩试验，所采用的岩石试样长×宽×高分别为1000mm×1000mm×600mm。实验中记录滚刀的三向力，分层收集岩片，并对岩片进行了筛分实验。分析了刀齿与岩石的作用过程，从法向力、滚动力、岩片块度及形状的变化、比能、粗糙度指数等方面，分析了贯入度对滚刀破岩效率的影响，总结了贯入度对镶齿滚刀破岩效率的影响规律，并通过观察破岩过程对镶齿滚刀破岩机理进行了研究。通过荧光法对开挖损伤区的裂纹扩展范围进行了研究，并分析了裂纹扩展与破岩机理的关系。提出了镶齿滚刀递进式的破岩方式，并总结了其优缺点。