区块链技术赋能下的煤矿安全监管监察变革

孙林辉，贾元瑞，吴升林，赵天亮

(1.西安科技大学 管理学院，陕西 西安 710054；2.陕煤集团 神木红柳林矿业有限公司，陕西 榆林 719300；3.华能庆阳煤电有限责任公司 核桃峪煤矿，甘肃 庆阳 745306)

我国是煤炭生产大国，也是煤炭消费大国，尽管我国一直在推进低碳清洁能源发展，但煤炭在未来一段时间内依然是我国的主体能源[1]，关于煤矿安全生产问题仍不可掉以轻心。随着监管监察模式的完善，近年来我国煤矿安全生产形势整体稳定好转，然而所暴露出的监管重复、信息不对称等问题仍亟待解决。为解决这些问题，有些学者从机构设置、法制体系、人员素质等方面的改善来寻找煤炭安全生产的途径[2-6]。但如何去推动实行这些政策与建议的研究相对较少。2019年11月，黄玉治主持召开国家煤矿安监局党组会议，强调要提前布局发展，探索以大数据、人工智能、区块链为代表的先进技术与煤炭行业的深度融合，推动煤矿安全监管监察创新发展[7]。利用先进科学技术，逐步消除煤炭生产过程中带来的安全负效应是保障我国煤矿安全生产的重要手段。

最近受人们广泛关注的区块链技术被认为是目前最有可能引领第五轮科技革命的关键技术[8]，已被应用于供应链、物联网、金融、产品溯源等领域，将其应用于煤矿安全监管监察，有利于整治煤矿安全监管顽疾，促进煤矿安全发展。基于此，本研究将区块链与煤矿安全监管监察结合起来，探讨区块链技术在煤矿安全监管监察变革中的作用，并探索“区块链+煤矿安全监管监察”的实现路径。

1 煤矿安全监管监察中存在的问题

1.1 煤矿安全监管监察体系各主体存在的问题

1)监管监察机构存在的问题。执法重复、职责不清。目前我国煤矿安全监管监察实施的是“垂直管理+属地管理”原则。由煤矿安全监察机构和地方煤矿安全监管部门共同对煤矿企业的安全生产进行监督管理，实现“国家监察，地方监管，企业负责”[9]，如图1所示。在此监管模式下，双方都可以对煤矿企业的安全生产进行监管，这就导致煤矿企业需要同时面对多个部门的监督管理，在造成行政资源浪费的同时，也大大增加了煤矿企业的经营负担。

图1 我国煤矿安全监管监察模式

2)煤矿企业存在的问题。矿井中各种机器设备、传感器发生故障不能及时有效地发现处理；井下环境数据异常不能及时报警做出有效应对措施；煤矿工人的违章行为不能做到有效管控；安全管理存在的缺陷不能及时完善等都是引起煤矿事故的导火索[10]。此外，大部分煤矿工人学历程度比较低，缺乏安全意识和维权意识，从而使煤矿企业降低了对安全管理的要求，对安全问题产生轻视[11]。

3)外部主体参与问题。现有的煤矿安全监管格局缺少社会力量的参与。我国目前实行的是政府一元强制服从监管模式，只有政府部门作为监管主体，煤矿企业和煤矿工人只能无条件服从指令，公众媒体及相关社会组织也无法传达自己的意见，形成“政府在监管，企业在抵触，工人在旁观[12]”的格局。显然这种监管模式不能充分发挥社会资源力量，多主体安全监管机制能够扩大煤矿安全监管监察体系的覆盖面，提升煤矿企业生产的安全程度。

1.2 煤矿安全监管监察信息管理存在的问题

1)信息孤岛。各地区、各煤矿企业在进行信息系统设计时缺少统筹规划，没有统一的标准规范，各种信息系统的建设厂家、建设时间、使用的技术与方法等都有很大差异，导致不同系统间的功能不能关联互助、应用不兼容、数据无法有效集成。使得有关监测信息无法传送到各级监督管理人员手中，数据不能得到有效利用。

2)联网信息较少。很多煤矿企业没有将井下重大设备运行信息、环境数据、人员信息以及重点区域的监控视频信息连接到监管信息平台，导致无法对井下的安全情况进行实时监测与评估。

3)信息不对称。煤矿安全监控系统通常建设在煤矿企业，且日常维护由煤矿企业负责。矿方对操作系统、监控软件和数据库拥有最高控制权限，这给煤矿企业篡改、删除数据有了可乘之机[13]。他们对煤矿存在的一些风险隐患以及违规行为有较多了解，而监管部门则处于信息劣势[14]。这样煤矿企业便可利用信息的不对称来欺骗监管机构，在来检查前对一些数据加以修改，使监管机构无法了解煤矿真实存在的安全隐患，进而使自己免受监管处罚。

2 区块链技术在煤矿安全监管监察中的作用

区块链作为比特币的底层核心技术，源于中本聪在2008年发布的比特币白皮书[15]。它是一种按照时间顺序，将数据区块以链条的方式组合成特定数据结构，并以密码学方式保证数据不可篡改和不可伪造的去中心化共享总账[16]，也被称为分布式账本技术。其最基本的特征为去中心化，即数据将不再集中存储于中心化的数据库中，而是存储于链上的每一个节点中，而且数据一旦录入，将无法再进行修改和撤销。再加上其公开透明、可追溯等特征，区块链已被应用于诸多领域。随着数字化、智能化矿山的推进，越来越多的煤矿企业开始引入大数据、人工智能、5G等技术，煤矿安全监管监察将随着技术的发展而发生变革。未来的煤矿安全监管监察将从孤立、片面的监管，转型为多元协同监管、精确数据采集与分析的最优决策和执行平台。区块链技术将促使煤矿安全监管监察向高信任度的多元治理转变。

1)确保信息真实，提高社会信任。由于区块链的不可伪造和不可篡改性，当采集到的信息通过验证上链保存后，便将无法更改与删除，如果想要更改区块链里面的数据信息，那么需要攻击系统中至少51%的节点，这将付出极大的代价，几乎是不会发生的。这些特性能够避免煤矿企业篡改、删除数据，提高社会信任。

2)数据公开透明，扩大监管主体。将区块链技术运用于煤矿安全监管，能实现监管信息的共享与开放，打破煤矿企业对相关信息的垄断，缓解信息孤岛问题。而且数据的透明、开放、流通扩大了监管主体，从而能够实现多主体协同参与煤矿安全监管监察，弥补政府一元监管的不足。

3)智慧监管，防范风险。区块链技术能够确保数据的真实性与完整性，大数据技术可以实现数据的精准分析，两者的融合使煤矿安全监管实现智慧化，在提高效率的同时降低监管成本。目前很多地方总是在发生煤矿事故之后才开始反思，追查责任，加强监管，过了一段时间，又开始放松监管，然后又发生事故，就这样陷入了一种怪圈。通过区块链技术对煤矿安全进行智慧化监管，可以实现数据的实时更新同步，并通过数据分析和智能合约发布预警通知与应对措施，让监管跑在风险前面。

4)信息溯源，精准追责。区块链按照时间顺序，将数据的采集、整理、分析等每一个环节都记录在链上，并且不能修改，在确保了数据真实安全的同时，当发生煤矿事故后，还能通过数据查询与追溯快速找到事故发生的原因，弥补了传统调查时数据缺失、故意隐瞒、推卸责任等问题。在进行事后追责时，也可利用溯源系统查找疏漏环节，有助于责任的判定。

3 区块链技术下多元协同煤矿安全监管模式

与以往政府的一元强制服从监管模式不同，利用区块链技术将监管监察机构、煤矿企业、煤矿工人以及社会组织有效连接起来，形成多元协同煤矿安全监管模式，如图2所示。在此模式下，链上的任意节点之间可以直接进行点对点的信息交互，实现监管多主体间的信息共享、协同共治[17]，如图3所示。通过智能合约技术实现煤矿企业安全管理智能化、政府监管监察智能化、煤矿工人及社会组织协同参与智能化，构建一个互信共赢的煤矿安全生产监管监察体系。

图2 多元协同煤矿安全监管模式框架

图3 区块链技术下的点对点信息交互

3.1 多元协同煤矿安全监管模式参与主体

1)监管监察机构。各监管监察机构应进行必要的数据共享，如：机构职能、管辖范围、职责分工、办事程序、煤矿安全监管的相关法律、政策等数据信息，避免重复检查、推卸责任。分层次、分步骤对煤矿企业进行检查，并根据不同的检查目标、检查方法和检查内容安排相应的检查人员[18]。监管监察机构拥有对所管辖煤矿企业特定信息的查阅权限，能够对煤矿进行远程实时安全监管，并且通过智能合约将监管条例写入区块链代码，对煤矿企业的信息进行动态监管。

2)煤矿企业。煤矿企业本身也有推动安全生产的需求，只不过在缺乏外部机制的制约下，容易将安全成本外部化，转而投向对自己更有利的生产效率。政府部门要充分利用煤矿企业这一需求，通过与其签订安全目标、对煤矿工人及管理者进行安全教育培训等，促使煤矿企业加大安全投入，提高安全管理水平。煤矿企业内部安全管理主要从煤矿工人、机器设备、矿井环境三方面来考虑。

煤矿工人方面，通过数字化工作票增强煤矿安全生产治理能力：利用身份认证、生物识别、区块链等先进技术，将工人的作业时间、作业地点、作业内容等作业信息与他们的个人信息匹配起来，整个作业过程通过区块链技术进行存证，从源头上提升安全工作的治理能力。通过对工人进行综合能力评价，提升煤矿企业安全防范与风险应对能力：将煤矿工人的工作票数据上链存证，将每个工人的违章次数、安全事故次数、事故类型等形成一个安全档案，通过大数据分析，得出其综合能力评分。评分只对煤矿工人本人和管理人员开放，一方面当发生煤矿安全事故时，管理层能做出高效的分工决策，另一方面也有助于煤矿工人意识到自己的不足，提升自己的安全意识与作业技能。

机器设备方面，大多数煤矿企业缺乏相关的故障预警机制，对一些较为复杂的大型设备进行维护时，忽略了设备生产商及专家各方的意见，从而使得设备维护不当，产生诸多问题。基于区块链技术，对大型机电设备的使用、维护全过程进行实时跟踪监管，建立设备工控可信鉴别机制，并将核心参数共享到设备生产商、企业相关部门、监管监察机构，对其进行故障预警和综合评价，测算设备的使用寿命。

矿井环境方面，通过对矿井中瓦斯浓度、其他有害气体、粉尘、温度、压力、水分等影响工人安全健康以及安全生产的数据进行实时监测，当数据超过事先规定的值时，就会触发智能合约发出警告通知。由于数据都是保存在区块链上的，管理人员不能篡改相关数据，保证了数据的真实性。

3)煤矿工人。煤矿工人处在煤炭开采的第一线，最能了解井下安全作业情况，且煤矿安全关系到他们自身的生命和健康，是加强安全监管的第一利益相关者，因此将他们纳入煤矿安全监管体系，会在很大程度上对煤矿企业和监管主体产生监督和约束作用。通过开展煤矿工人专项培训活动，提高他们的安全和维权意识，通过举报和投诉及时发现煤矿安全隐患，减少政府监管资源，实现对煤矿生产安全监督的目的。

4)社会组织。煤矿安全监管不能仅仅依靠政府部门，因为政府的监管力量是有限的，并且成本比较高昂，因此需要社会相关组织的资源整合，将煤矿安全的治理权力和治理责任分配到多元主体身上，包括保险公司、工会、媒体、科研机构等。如保险公司根据煤矿企业的实际情况制定不同的保险机制，从而采取不同的监管力度，使煤矿企业提高安全意识，加大安全投入；通过工会的参与，强化对煤矿企业的监督力度，更好保障煤矿工人的合法权益；通过媒体的报道，使群众有更多的知情权，提高监管信息透明度与信任度；通过科研机构对煤矿安全监管提出理论与技术方面的建议。

3.2 基于区块链的多元协同煤矿安全监管信息平台构建

3.2.1 区块链类型选择

区块链可分为公有链、联盟链和私有链三种类型。公有链是完全开放的区块链，不受任何人控制，任何人都可以随时进入，成为节点并参与记账，获取链上信息，但其速度较慢，效率低，需要有激励机制才能确保节点正常运行。联盟链也叫做许可链，就是具有准入许可的区块链，意味着如果想要成为新的节点，需要已在网络中的节点的认可，节点数量有限，一般为多个组织或企业共同管理。私有链与公有链相反，所有数据的写入与访问掌握在某个人或某个组织中，只有内部群体才能够进行交易。区块链类型特点见表1。

表1 区块链类型特点

多元协同煤矿安全监管模式涉及多个监管主体，是典型的联盟链，但煤矿工人众多，且流动性大，不宜采用联盟链。基于此，提出采用公有链和联盟链的混合链架构，使信息能够跨链传输与确认，以此弥补公有链和联盟链的不足。链上主要数据在联盟链上完成，核心节点由监管监察机构、煤矿企业与社会组织组成，边缘节点由煤矿工人组成。

3.2.2 安全监管信息平台概念模型

目前，很多地方部门建立了自己的煤矿安全监管信息系统，但由于各种信息系统的建设时间、采用的技术与方法等都有很大差异，导致监管信息系统无法实现有效集成，加上监管监察机构、企业管理层、企业基层工作人员几个层次信息不畅、片面信息决策等，形成信息孤岛。基于区块链技术搭建的多元协同煤矿安全监管信息平台，采用数据分布式存储，信息公开透明且无法篡改，对煤矿监管监察机构、煤矿企业、煤矿工人以及社会组织开通不同权限，使之能动态地获取各自应掌握的信息，实现监管监察机构安全监管、煤矿企业安全管理、煤矿工人及社会组织安全监督为一体的智能化监管决策。多元协同煤矿安全监管信息平台概念模型如图4所示。

图4 基于区块链的多元协同煤矿安全监管信息平台概念模型

3.2.3 安全监管信息平台技术架构

为满足多元协同煤矿安全监管模式的功能及需求，实现信息真实、多方参与、智慧监管、精准追责，该信息平台的构建如图5所示。利用链式存储保证收集到的数据不能被篡改和删除，从而保证信息的真实性；通过区块链混合架构、认证智能合约、节点认证及管理确保多个监管主体间能够进行数据共享；通过大数据分析及监管智能合约实现智慧监管；通过追溯生成及基本信息管理，能够在事故发生后，迅速找出原因并追查相关人员责任。

图5 安全监管信息平台技术功能

安全监管信息平台技术架构主要包括感知层、数据层、网络层、共识层、处理层、合约层、应用层，如图6所示。感知层：主要由各种传感器以及数据传输接口组成，对井下的各种环境信息进行实时采集，并上传到计算机中。数据层：对由感知层采集的数据进行打包形成数据区块，每个区块都保存上一个区块的哈希值，由此形成链式结构，然后对信息进行加密并盖上时间戳，进行不可篡改的分布式存储。网络层：实际上是一个P2P网络，进行节点之间数据的传输，使各节点之间可以对数据进行共享交流，并对新出现的数据区块进行验证。共识层：与混合架构相适应，本研究采用了工作量证明(Proof of Work，PoW)与实用拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance，PBFT)算法相结合的混合共识机制。混合共识即将两种及以上共识机制应用到同一区块链架构中，以此来减少或消除单一共识的缺点与不足。PoW共识机制可以使像煤矿工人等信息需求者随时进入，并对联盟链上的节点进行监督；PBFT算法并不像PoW那样需要大量的算力实现共识，两者的混合可以提高区块运行的效率与公平。处理层：利用大数据技术对存储的数据进数据挖掘与分析，进行危险源特征的提取。合约层：智能合约事先将代码嵌入到区块链架构中，当满足设定的条件时，无需人工干预，自动触发执行。应用层：最终的界面展现即为可视化的多元协同安全监管信息平台，各监管主体可登录自己账号查询到自己所应了解到的信息。

图6 安全监管信息平台技术架构

4 区块链应用于煤矿安全监管监察面临的挑战

4.1 行为改变

虽然基于区块链的多元协同煤矿安全监管模式及信息平台能够消除政府一元强制服从监管的弊端，使得数据公开透明、消除信息孤岛现象、增强社会信任，但由于各主体对区块链技术的接受程度还需要经过时间的沉淀，且由于各方利益不同，煤矿企业很难配合将自己煤矿的所有安全生产数据共享给政府、工人以及社会组织，这就需要相关政府部门来推进落实，制定相关政策，确定所需共享的数据内容。

4.2 技术与人才的制约

区块链目前还属于新生事物，技术开发还处于早期阶段，相关基础设施不够完善，区块链采用的是分布式账本技术，所需存储的信息将会很大，而目前的区块链系统结构难以存储大容量的信息，特别是一些多媒体等文件。人才方面，虽然区块链概念如火如荼地传播着，但区块链技术还比较冷门，该领域的人才培养体系才刚刚起步，无论是人才规模还是质量都无法满足快速发展的行业需求，我国真正具备区块链开发知识的人才仅占需求总量的7%左右。

4.3 行业标准

目前，我国对区块链标准的研究尚停留在譬如术语、参考框架等较为基础的标准上，而对共识算法、基础协议、操作过程等的标准研究还没有展开，由不同区块链技术开发的平台并不能进行信息交互，这在很大程度上影响了区块链产业的发展[19，20]。将区块链应用于煤矿安全监管，可能会给原有的监管体系带来一定程度上的冲击，现行的一些煤矿监管标准可能不再适用。

5 结 语

随着煤矿智能化的不断推进，对各监管主体以及数据信息的准确性和及时性提出了更高要求，现有监管模式的弊端逐渐显露出来，将区块链技术引用到煤矿安全监管，监管监察机构、煤矿企业、煤矿工人及社会组织通过安全监管信息平台进行协同共治，形成监管监察机构安全监管、煤矿企业安全管理、煤矿工人及社会组织安全监督为一体的监管体系，构建多元协同煤矿安全监管模式，这将极大提高煤矿安全监管水平，促进煤矿安全生产。但将区块链用于煤矿安全监管监察仍面临着许多挑战，这就需要加强我国区块链基础性研究，大力培养相关人才，完善相关行业标准。