利用水射流对岩体进行预切缝是提高竖井全断面掘进机破岩效率、实现深部资源机械化开发的关键技术。针对预切缝位置及深度合理参数选取的难题，首先指出了锥面刀盘带动下滚刀破岩的工况特征，进而基于Cohesive单元方法，建立了预切缝条件下的滚刀破岩离散-连续耦合数值模型。以完整岩体为对照组，对比分析了不同预切缝距离和深度对滚刀破岩的受力特征和岩石破碎特征的影响规律。阐述了预切缝条件下，滚刀破岩时的密实核形成、块状岩渣形成、Hertz裂纹扩展的三个阶段性特征，指出了岩体的非对称破碎特性和不同区域岩渣的形成机制。最终从滚刀受力、破岩面积、破岩比能耗、岩渣破碎程度四个方面综合分析，确定了预切缝的最佳距离和深度取值范围。研究结果表明：预切缝可以显著减小竖井全断面掘进机滚刀破岩过程中的贯入力和侧向力。与完整岩体相比，贯入力峰值降低了44.0%～10.3%。侧向力峰值降低了35.2%～6.5%。预切缝间距及深度较小时，会限制滚刀破岩范围，同时使得破碎岩体块度更小，导致破岩比能耗增高。随着预切缝深度的增大，破岩体积先增大后趋于稳定，比能耗先减小后保持不变。最终，确定了切缝距离为70-90 mm，深度为60-80 mm时破岩效果最佳，破岩体积较无切缝时提高约1倍，破岩比能耗降低69.2%。研究结果为刀盘辅助破岩装备的设计及参数确定提供了参考。

1 数值方法和模型建立
1.1 预切缝下的滚刀破岩工况
1.2 数值模型的建立
2 岩石破碎过程及破碎形态分析
2.1 不同切缝参数下岩石的破碎特征
2.2 滚刀贯入过程中裂纹形成过程
2.3 不同预切缝参数下裂纹长度
3 滚刀受力特征分析
4 破岩效率分析
5 滚刀作用下岩体破碎系数定量评价
6 结论