基于区块链技术的煤矿职工安全信息管理研究

梁小康，崔恩伟，魏引尚

（1.府谷汇森冯家塔矿业运营有限责任公司，陕西 府谷719404；2.西安科技大学 安全科学与工程学院，陕西 西安710054）

大多数煤矿开采以井工方式进行，是一种在受限空间进行的高危工作。近十几年，尽管煤矿安全水平稳步改善，但是与其他行业相比，事故发生起数与事故伤亡人数仍旧偏高。通过调查分析大量事故案例可知，95%以上安全生产事故都是人因事故[1]。因此，要降低煤矿事故发生的可能性，其关键因素是对煤矿职工进行安全管控[2]，职工安全信息管理是煤矿职工安全管理的核心。优化煤矿职工安全信息管理模式，减少人因失误。区块链作为一种新型分布式账本技术，最先在数字货币[3]和金融领域[4]兴起，目前已延伸到能源、物流、教育培训[5]、图书馆场景应用、供应链[6]等多个领域。其中，何晓东、黄新荣[7]认为区块链技术可以解决电子文件真实性保障的问题，有效解决档案部门与业务部门之间的互动摩擦与信息摩擦，加强电子文件的管理效率。金志伟[8]认为区块链技术可以加强矿山各个环节之间的信息交互，解决矿山企业中的信息孤岛问题。综合以上研究区块链技术应用结果，结合煤矿安全管理方面特点。提出对每个煤矿职工的安全信息以区块链技术进行记录，提高煤矿职工安全信息真实性和透明性，为煤矿安全管理提供真实有效的决策信息。

1 区块链技术应用于煤矿安全信息管理的可行性

区块链技术的分布式数据管理特征，使其可以存储任何类型信息，以及信息传播历程。如区块n 中保存着区块n-1 的哈希值和交易记录，随着数据记录不断增加，固定节点不断产生新的数据区块，在每个区块上增加时间戳和数字签名，由此构成一个按时间顺序排列的链式结构，区块链链式结构图如图1。

图1 区块链链式结构图Fig.1 Diagram of block chain chain structure

区块链的基本特点有：

1）分散结构。区块链技术不依赖第三方管理或硬件机构，没有中心控制，所有节点能够实现信息自我验证、传输和管理。分布式管理是区块链技术最本质的特点。

2）去信任。数据内数据交易不需要各个节点的信任，整个系统的操作过程和数据内容都是公开透明的。节点之间无法在系统规定的规则内相互欺骗。

3）集体维护。系统内的数据区块通常由具有维护功节点之间共同维护，因此任何人都可以参与到系统维护。

4）可靠性和安全性。当所有数据节点的51%无法被掌控时，就不能控制或者修改网络数据。因此，区块链技术本身相对安全，避免内部人员对数据的恶意篡改。

矿工安全信息是煤矿安全管理的关键性问题，现实安全管理中，煤矿花费大量人力物力来获取矿工安全信息，比如安全规章制度考试、心理测试和违规操作记录等，由于目前矿井管理环节多、人工介入管理的主观性方式，再加上矿井人事档案管理和安全管理职能条块分割，很容易造成信息疏漏、以及信息真实性等失真问题。

应用区块链技术构建煤矿职工安全信息管理框架，用区块链技术保存矿工安全信息相关数据，在数据记录上链后，任何修改数据的行为都会被记录在区块链上，这样一种区块链称之为安全区块链。以此研究一种新的矿工安全信息管理模式，保证信息的透明度、保证信息的及时更新，其有望解决煤矿行业中矿工安全信息记录不完全，信息不对称等问题，实现人员合理调配，促进煤矿安全管理更好的发展。

2 煤矿职工安全信息区块链的内容与结构

2.1 煤矿职工安全信息管理基本要求

职工安全素质通常体现在职工文化素质、业务素质和心理素质[9]，煤矿职工安全信息的基本要素如下：①职工基本信息：年龄、婚姻、工作经验；②职工安全教育和培训：教育、教训经历和考核结果；③安全技能：技术职称、技术等级、证书等；④安全激励信息：各种荣誉证书、奖惩信息。

2.2 安全区块链技术路线

安全区块链将存储职工的安全信息，利用区块链技术的分布式账本、不能篡改等特性，将区块链作为安全素质信息的数据存储系统，各个节点定期将数据不断录入区块链内。每个环节产生的安全素质信息被打包成一个个区块，变为无法修改的证据。安全区块链上保存了该职工所有的安全信息，这些安全信息进入数据处理区并被分析评价，根据评价结果判断该员工的安全素质等级。由此职工可以清晰的认识到自己的安全素质，实现安全素质信息可视化，企业也可以根据安全素质等级判断该职工的风险抵抗能力与煤矿某场所的危险程度是否匹配，从而实现对员工的最优调配。对于煤矿安全区块链，其基本技术实现路线如图2。

2.3 安全区块链的数据结构

图2 安全区块链技术路线图Fig.2 Roadmap of security block chain technology

为保证全方位评价煤矿职工安全素质，将职工职业生涯内有关煤矿的所有安全信息记录到区块链内，安全区块链预计设置的节点有：人力资源部、技术培训部门、心理培训部门、安全管理部门、以及外围相关与职工安全信息关联部门等。其中煤矿职工为轻节点[10]，煤矿职工对安全区块链中的数据只有查询信息的权限，不参与区块链记账和共识服务。煤矿职工可以通过手机APP 或者其他方式查看自己的安全素质信息，除矿工以外，其他部门均为固定节点，参与区块链记账与交易。

以下对固定节点录入信息进行简单说明见表1。实际记录过程中，根据煤矿管理需要，可以增加或者减少节点，对于各个环节信息，可以根据实际需求更改。

表1 固定节点录入信息Table 1 Information about fixed nodes

区块链技术在不同环节的应用不同，煤矿人力资源部门扮演了安全区块链创世的角色，在职工入职煤矿时，创建煤矿职工个人信息档案，随后在区块链中输入特性信息（姓名、年龄、学历水平）。当安全培训节点发出交易请求时，系统记录并自动对安全培训节点进行授权，并继续负责跟进文档和维护个人安全信息。每场安全培训的时间、目的、过程、结果都不相同，区块链录入的信息也不相同。心理素质培训主要针对职工心理健康建设，记录形式可参考安全技能培训。违规操作记录通过煤矿管理人员记录实时记录到链上，要保证信息录入的准确性，准确录入违规时间、地点、违规过程以及违规后果等，保证矿工安全素质信息的完整性。

按照区块链技术构建的安全素质区块链数据结构，除了区块头外，区块体构建相应的区块记录，用于记录煤矿职工的安全信息全过程，安全区块链的数据结构如图3。

图3 安全区块链的数据结构Fig.3 Data structure of the security block chain

2.4 职工安全素质评估

职工安全素质评估是利用上述建立的安全区块链信息对职工进行考核管理核心。区块链可以存储煤矿职工自入矿时的所有重要的安全信息，由于区块链的特性，可以保证这些信息是原始的、未经过篡改的。通过确定各个环节的权重，采用合适的安全素质评价方法，将安全信息资源运用大数据、云计算、人工智能等技术进行数据整理和数据分析，判断煤矿职工的安全素质等级，并将该等级和安全素质信息发布至区块链中。

将整合成的安全素质等级录入到人员定位系统中的人员定位系统中，将辅助人们进行煤矿安全预警。安全素质等级高的矿工，可以给予安全年终奖励和荣誉奖励，安全素质等级低的职工，如存在不参加安全培训，违规操作的情况，则根据实际情况的严重程度，做出惩罚措施，并将上述行为记录在区块链上。

3 安全区块链与人员定位系统的融合

3.1 系统融合及实现目标

井下煤炭开采是一个环境条件不断变化的过程，职工工作也是随工作面以及设备移动变化而变动，各类职工在井下移动，想要避开安全事故的发生，原则上使煤矿职工的安全素质更高，综合评估职工安全业务水平大于或者等于其所处空间的危险度。

由上述可知，安全区块链可以准确记录煤矿职工安全素质信息，精准的判断煤矿职工安全素质等级。同时对井下各个工作区域和巷道按照其危险进行区块划分[11]，这些危险度的判断是基于煤矿矿质水平、自燃危险性、机器操作难易程度、瓦斯危险性等决定的。基于煤矿现有的人员定位系统，将安全区块信息管理系统链入到人员定位系统中，在人员定位系统的定位分站里，进行系统融合，通过安全区块链信息系统与井下人员所处环境，综合评判，减少井下作业场所事故的发生，从技术的水平上减少因人为失误造成的事故。

3.2 两系统融合综合管理

通过在人员定位系统分站（中心站）与煤矿职工的安全区块链关联起来，职工安全信息及其安全素质评判链接到人员定位系统内，在井下各个区域的出入口内设置识别器及语音提醒装置，并将该区域的危险度录入到人员定位系统中，当煤矿职工经过井下目标识别器时，系统会自动判断该职工的安全素质等级是否大于等于所处位置的危险度。当煤矿职工的安全素质等级符合所处位置的危险度时，系统将会自动默认允许其通过。由此可以扩充井下人员定位系统功能，实现井下人员自动化管理。

4 结 语

随着煤矿智能化生产不断发展，“互联网+”、物联网等综合自动化系统普遍应用于井下安全生产，多网多系统融合成为煤矿现场安全管理重要辅助手段。将区块链技术引用到煤矿人员管理中，从煤矿安全的角度提出安全区块链的概念，并建立相关安全区块链基本要求，将体现煤矿职工安全素质的全部信息记录到安全区块链中，该模型可以实现煤矿职工安全信息的有效使用，且运作成本低，无需第三方管理，保证了信息真实透明性，提高了煤矿人员管理水平。将安全区块链与矿井人员定位系统融合，技术上扩充人员定位系统功能，通过安全信息管理系统的实时评估，实现煤矿职工安全度与煤矿危险度相匹配，从人因管理的角度实现人员调控，从根源上杜绝事故的发生。