针对硬岩巷道掘进工作面岩石破碎效率低以及机械刀具磨损严重等问题,利用超前割缝具有破坏岩体完整性、创建自由面、辅助刀具楔入岩体等特点,将超前割缝融入机械滚刀挤压破岩中,提出超前割缝辅助碟形滚刀挤压破岩方法。本文采用理论分析、试验和数值模拟相结合的方法,对碟形滚刀挤压破岩性能进行研究分析。在岩石破碎特性的相关理论基础上,对盘形滚刀挤压破岩过程和机理进行研究,并根据摩尔-库伦岩石强度理论和岩石压碎区应力分布公式,构建出盘形滚刀、碟形滚刀和超前割缝下碟形滚刀挤压破岩力学模型,并推导出滚刀在挤压破岩过程中的推进力公式。基于课题的研究背景建立碟形滚刀挤压破岩试验台,通过正交试验对滚刀破岩性能的影响因素进行研究,并以滚刀推进力、岩石碎片体积以及比能耗作为破岩性能的评价指标,确定了超前割缝的切削厚度、割缝深度和割缝宽度对滚刀破岩性能的影响次序,并得出超前割缝的最佳参数组合。在最佳参数组合的基础上,通过单因素试验得到超前割缝的切削厚度、割缝深度、割缝宽度以及岩石强度对碟形滚刀挤压破岩性能的影响规律,并给出较优的超前割缝参数范围。对比超前割缝与未割缝下碟形滚刀破岩性能,结果表明超前割缝可以极大降低碟形滚刀破碎硬岩的难度,且随切削厚度增加,超前割缝对滚刀破岩性能的提升效果越显著。为揭示超前割缝辅助碟形滚刀挤压破岩过程的微观裂纹扩展机理,采用有限元与离散元耦合方法建立碟形滚刀挤压破岩数值模型,并利用相同工况下的破岩试验验证数值模型的可靠性。借助数值模拟从微观角度分析了超前割缝辅助碟形滚刀挤压破岩过程,揭示了碟形滚刀挤压下的岩石裂纹扩展机理和损伤演化过程,进而得到超前割缝参数（切削厚度、割缝深度、割缝宽度）、滚刀结构参数（倾角、半径）对碟形滚刀挤压破岩性能的影响规律,为扩展超前割缝辅助碟形滚刀破岩性能研究提供重要参考。为使碟形滚刀在破碎不同强度岩石时可以选择合适的超前割缝参数以获得较高的破岩性能,在已获得的碟形滚刀挤压破岩试验数据基础上,以岩石强度和超前割缝参数为输入,以滚刀推进力峰值载荷和岩石碎片体积为输出,构建出BP神经网络预测模型并取得较好预测效果。为解决BP神经网络容易陷入局部最小的问题,采用遗传算法对BP神经网络进行优化,提高了预测结果的精度和稳定性,但会增加计算的时间,因此需要根据实际情况选择合适的预测模型。该论文有图90幅,表16个,参考文献119篇。