基于区块链技术的煤矿安全信息管理模型优化构建

魏引尚，崔恩伟

（西安科技大学 安全科学与工程学院，陕西 西安 710054）

近年来，煤矿企业不断整合安全信息资源，增加煤矿安全信息的利用率和可靠度，使煤矿安全管理有效性增强。在信息管理过程中，一方面，煤矿的特殊生产环境导致其日常安全生产信息分散[1]；而另一方面信息收集和分析手段都较为落后[2]。为了掌握第一手资料，煤矿企业更加需要通过有效的技术手段来提高信息收集能力，促进安全信息共享，提高职能部门之间协同作业的能力。区块链是一种新型的分布式数据账本技术，可以记录数据、资产和所有在网络参与者之间执行和共享的相关交易[3]。区块链最初在比特币上应用，如今区块链已经迅速延伸到医疗信息管理[4]、城市交通信息管理等方面[5-8]。智慧矿山对信息化管理提出更高的要求，区块链因其分布式管理、信息可追溯等特点，适合矿井综合自动化系统解决煤矿安全管理中存在的信息共享困难、信息更新传递速度不及时等问题。因此，提出区块链技术在煤矿安全管理4 个领域中的应用模型，旨在加强煤矿安全信息共享，提高煤矿安全信息管理效率。

1 煤矿安全信息共享基础及途径

1.1 作业人员

煤矿安全管理的核心就是人员管理，企业在获取职工的学历、能力与经验等安全信息面付出了大量成本。但是一方面，职工有可能隐瞒其真实安全素质信息，造成信息失真。另一方面，在企业内部，职工的安全培训、安全考核、证书奖励、“三违”记录等安全信息，由不同部门记录。各个部门之间信息记录与传递标准不同，妨碍部门之间的职工安全信息互通。由于上述原因，煤矿掌握的信息不足，人岗匹配不足，引起事故风险不断[9]。

1.2 机械设备

设施管理系统运行中需要解决的问题或挑战包括：

1）设备信息可靠性。如果设备发生故障，必须快速修复。为实现这一点，备件必须随时可用，或者必须有一个可靠的系统来快速采购备件。在与主要设备制造商或者同型号煤矿共享备件管理系统情况下，可以更快地获得储备配件。

2）设备故障信息及时性。设备所有的故障历史都应该准确、及时地记录和管理，但由于情况的严重性，在发生意外故障的情况下，准确地记录情况可能并不容易。此外，煤矿设施的运行、故障和维护记录应按照有关管理部门的规定报告，以免产生掩盖故障的嫌疑。

1.3 作业环境

由于井下开采环境复杂，随采动不停变化，为保障煤矿安全开采，需要布置各种传感器和其他装置对矿井环境进行有效监测，并将监测数据发送到监测中心，从而实现对监测信息的融合，了解综合环境，作出判断，减少事故的发生[10]。煤矿环境监测数据目标主要有自然环境、生产环境（包括通风、矿压、瓦斯、粉尘等）。环境信息的真实性和可靠性是保证煤矿安全开采的前提，但在实际监测过程中，一方面监测数据上传、整理等环节中存在信息被窃取、恶意篡改等安全问题，另一方面，煤矿环境安全信息涉及种类繁多，各监控子系统单独承载相应的内容，现有的环境监测系统存在信息共享困难。

1.4 制度安全

随着时代发展，人们对煤矿安全要求越来越高。受生产环境变化、人员调动与技术更新等因素影响，煤矿企业通过不断完善管理制度与技术规范，来提高管理水平。但是由于存在信息传递延迟、信息孤岛等问题，各个职能部门缺少及时有效的信息交流和协调配合，造成安全责任人的混乱，资源材料的浪费，安全工作不能顺利交接。

1.5 信息共享途径

在传统安全信息管理中，安全信息各监控子系统单独承载相应的数据，各个职能部门之间依然存在安全信息缺失，信息传输不及时，信息不透明等问题。安全管理信息管理和区块链的信息共享耦合，通过区块链技术的分布式账本、共识机制、非对称加密/数字签名、哈希运算、时间戳/时序数据、智能合约等，实现对传统安全信息管理覆盖和升级。

2 区块链技术在安全信息管理中的适用特征

区块链是一个数字化的、分散的公共账本，在不依赖第三方的情况下，通过自己的分布式节点保存、验证、传输和通信网络数据，具有去中心化、信息透明可信、防伪防篡改、永久储存可追溯、系统可靠性高、自动化履约等特性。区块链的技术特点为：

1）链式存储结构。矿井综合自动化系统可以将所有的生产资料和员工的数据以区块链的模式，依次连接起来就形成了一个链式数据存储结构，形成一个历史型基础数据链。区块链这样的链接形式保证了当前数据区块之前已经上链的数据区块中的数据从结构上来说是追溯的。可以完善安全管理中安全信息来源不明的问题。

2）分布式管理。区块链的分布式管理，无需中心管理机构来监督数据交换操作，所有区块中的信息分布在整个网络中的多个节点上。区块链分布式账本是同步更新的，而不是中心节点控制信息。分布式管理可以保证多渠道共享安全管理信息，确保安全数据的快速传达，并且保证信息的完整性。

3）共识机制。达成共识是分布式技术的关键特征之一，区块链网络的所有参与者在实施区块链之前达成共识，对数据进行统一性安排。在煤矿安全信息管理中，该协议确保安全管理决策和安全信息在其整个生命周期内是共享的、不变的，多方参与互相监督，保证数据库的可信赖程度。

4）时间戳。在区块链技术的支持下的每一条交易，互联网可以对IP 地址做标记，并且采用包含时间戳的链式存储结构将数据存储在块上，增加时间维度，跟踪数据的来源。员工安全培训、现场“三违”隐患排查等安全信息，在管理过程能够保证每条安全管理数据都真实可信，能够有效地避免造假行为。

5）智能合约。智能合约是由区块链自动执行的，人们不能干涉或修改数据，一方面可以满足平台交易的效率，另一方面，它可以保证平台的稳定性。环境监测、事故隐患瞒报和误报等数据，依据由参与安全管理的部门共同协议制定的智能合约，保证信息源不被干预或修改。

3 基于区块链技术的安全管理应用场景及模式

基于区块链技术的煤矿安全信息管理模式如图1。

图1 基于区块链技术的煤矿安全信息管理模式Fig.1 Coal mine safety information management mode based on blockchain technology

3.1 人力资源管理

引入区块链技术可以为安全管理决策提供有效的支持信息，提高职工安全信息的使用率和效率。通过构建一条由人力资源部门、培训部门、安环部、职工等多方参与维护的煤矿职工安全素质信息链条，将职工的安全素质信息全部上链。为煤矿职工调配和管理、煤矿职工安全素质评价、绩效考核和薪酬发放上提供全面、真实、可靠的职工安全素质信息，有效解决人力、物力和财力成本,提高安全管理效率，增加可信度。

3.2 设备安全管理

设备安全管理是一个复杂的系统工程，把设备生产厂家、设备管理部门、同型号设备的其他煤矿都统一上链，参与到设备的更新和维护环节中，在其采购、检查、测试、校准、维修、更换以及设备租赁等各个阶段，区块链在设备管理中的应用如图2，在维护检测中做到，做到凡是检测必有人名，落实安全责任制。基于区块链技术的设备安全管理，可以实现设备从出厂到报废的全寿命管理区块链的时间戳功能和可溯源技术可有效解决煤矿设备的追踪溯源问题，减少假冒产品被用作零备件。

图2 区块链在设备管理中的应用Fig.2 Application of blockchain in equipment management

在煤矿安全管理上使用区块链技术的目的是客观、透明地管理安全信息和处理结果。区块链的分散管理可以防止操作员随意篡改数据来掩盖操作员的失误或错误，并监控在发生事故时是否采取了适当和必要的措施，实现事件和故障监控的精确和透明性。区块链技术可以确保故障响应措施安全、快速地实施，并准确地向监管机构报告。通过区块链技术，预先指定的信息和数据可以自动上报相关部门，方便有关部门及时处理故障。

3.3 环境安全管理

历史数据的真实性是检测矿井环境安全的基础，因此必须在煤矿检测系统中保证数据的可靠性、完整性。把传感器作为感性节点，将一段时间内感应到的数据（瓦斯浓度、粉尘浓度、CO 浓度、温度等），发送至采集基站（具有数据整合、分类、传递的功能），在区块链的保证下，产生的数据在验证后，通过分布式账本，完整、准确的上传至区块链，环境监测数据录入如图3。区块链的链式结构可以保证传感器感知节点身份信息不可篡改，确保传感器感知节点的有效性，使区块链的身份证认证安全可靠。所以，某一类型的监测数据就能方便准确地被查到历史数据，通过查询历史记录就可以对井下某一范围内监测项目进行追踪分析。

图3 环境监测数据录入Fig.3 Environmental monitoring data entry

3.4 规章制度更新

区块链在提高信息更新方面有天然的优势，使安全制度规范变更的参与者成为区块链上的一个节点，然后将变更后的信息区块盖上时间戳，打包发送至区块链上。由于区块链的分布式共享技术，随着时间变化，不断增加信息。并且它可以消除批准所需的人工参与和繁重的文书工作, 可进一步简化其他管理操作。

总结上述论述，基于煤矿的人员管理系统、设备管理系统、环境监测系统、制度规范更新4 个维度出发，以其为基础进行煤矿安全数据收集、整合、汇总、处理，构建安全信息管理区块链模。

4 结 语

构建了一种将区块链技术应用于煤矿安全系信息管理系统的优化模型，从人、机、环、管4 个方面入手，构建了4 种典型的应用场景，说明了区块链技术在安全信息管理方面数据传递效率高、信息准，从而体现了智慧化矿山发展特征。通过区块链的分布式管理，对矿井人员安全素质、设备可靠性、安全环境监测以及煤矿安全制度等信息实时准确更新，实现了人员素质准确评价、设备快速修复和准确记录故障、环境监测数据溯源、避免安全责任人混乱。在信息化时代，基于区块链技术的煤矿安全信息管理模型，对于提高煤矿信息传递的效率、保证信息传递的真实性和完整性方面具有重要意义，同时也是促进煤矿企业数字化转型的重要途径。