物理模型试验是研究页岩矿床开采技术的重要手段,作为模型试验的基础,相似材料配比试验的准确性对模型试验结果的可靠性有很大影响,目前相似材料配比试验研究中定量研究少,导致配比确定效率低、精度不高,研究以某页岩矿床矿岩为对象,利用响应面法优化相似材料配比。以河砂、重晶石粉为充填材料,水泥、石膏为胶结材料,配制相似材料以模拟页岩,以砂胶比(充填材料质量/胶结材料质量)、水泥含量(水泥质量/胶结材料质量)、重晶石含量(重晶石粉质量/充填材料质量)为控制因素进行中心复合旋转试验设计,确定了基于3因素5水平设计的共20组试验,与相同因素和水平下正交试验所需进行的25组试验相比,工作量较少。分别建立了相似材料密度、单轴抗压强度、弹性模量与各因素间的多元非线性回归模型,各回归模型均有良好的拟合度;并对因素进行方差分析和响应面交互作用分析,结果表明,砂胶比、水泥含量、重晶石含量对相似材料密度、单轴抗压强度、弹性模量均有显著影响,且砂胶比和水泥含量对密度、单轴抗压强度、弹性模量的交互作用显著,砂胶比和重晶石含量对密度的交互作用显著,水泥含量和重晶石含量对单轴抗压强度、弹性模量的交互作用显著。最终建立了用于页岩相似材料配比确定的经验方程,进行了实际应用,并通过配比验证试验知,由经验方程计算所得配比对应的相似材料目标参数试验值与理论值最大相对偏差为3.40%,满足页岩相似材料配比试验要求,进而验证了配比经验方程的有效性和适用性,通过配比经验方程可高效准确地进行页岩相似材料配比优化和参数预测。研究表明响应面法能较好地适应相似材料配比优化,相似材料配比试验工作量小、精度高,可有效提高试验研究效率。