基于區(qū)塊鏈技術(shù)的煤礦職工安全信息管理研究

梁小康，崔恩偉，魏引尚

（1.府谷匯森馮家塔礦業(yè)運(yùn)營有限責(zé)任公司，陜西 府谷719404；2.西安科技大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安710054）

大多數(shù)煤礦開采以井工方式進(jìn)行，是一種在受限空間進(jìn)行的高危工作。近十幾年，盡管煤礦安全水平穩(wěn)步改善，但是與其他行業(yè)相比，事故發(fā)生起數(shù)與事故傷亡人數(shù)仍舊偏高。通過調(diào)查分析大量事故案例可知，95%以上安全生產(chǎn)事故都是人因事故[1]。因此，要降低煤礦事故發(fā)生的可能性，其關(guān)鍵因素是對(duì)煤礦職工進(jìn)行安全管控[2]，職工安全信息管理是煤礦職工安全管理的核心。優(yōu)化煤礦職工安全信息管理模式，減少人因失誤。區(qū)塊鏈作為一種新型分布式賬本技術(shù)，最先在數(shù)字貨幣[3]和金融領(lǐng)域[4]興起，目前已延伸到能源、物流、教育培訓(xùn)[5]、圖書館場景應(yīng)用、供應(yīng)鏈[6]等多個(gè)領(lǐng)域。其中，何曉東、黃新榮[7]認(rèn)為區(qū)塊鏈技術(shù)可以解決電子文件真實(shí)性保障的問題，有效解決檔案部門與業(yè)務(wù)部門之間的互動(dòng)摩擦與信息摩擦，加強(qiáng)電子文件的管理效率。金志偉[8]認(rèn)為區(qū)塊鏈技術(shù)可以加強(qiáng)礦山各個(gè)環(huán)節(jié)之間的信息交互，解決礦山企業(yè)中的信息孤島問題。綜合以上研究區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用結(jié)果，結(jié)合煤礦安全管理方面特點(diǎn)。提出對(duì)每個(gè)煤礦職工的安全信息以區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行記錄，提高煤礦職工安全信息真實(shí)性和透明性，為煤礦安全管理提供真實(shí)有效的決策信息。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于煤礦安全信息管理的可行性

區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式數(shù)據(jù)管理特征，使其可以存儲(chǔ)任何類型信息，以及信息傳播歷程。如區(qū)塊n 中保存著區(qū)塊n-1 的哈希值和交易記錄，隨著數(shù)據(jù)記錄不斷增加，固定節(jié)點(diǎn)不斷產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)區(qū)塊，在每個(gè)區(qū)塊上增加時(shí)間戳和數(shù)字簽名，由此構(gòu)成一個(gè)按時(shí)間順序排列的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，區(qū)塊鏈鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)圖如圖1。

圖1 區(qū)塊鏈鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)圖Fig.1 Diagram of block chain chain structure

區(qū)塊鏈的基本特點(diǎn)有：

1）分散結(jié)構(gòu)。區(qū)塊鏈技術(shù)不依賴第三方管理或硬件機(jī)構(gòu)，沒有中心控制，所有節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)信息自我驗(yàn)證、傳輸和管理。分布式管理是區(qū)塊鏈技術(shù)最本質(zhì)的特點(diǎn)。

2）去信任。數(shù)據(jù)內(nèi)數(shù)據(jù)交易不需要各個(gè)節(jié)點(diǎn)的信任，整個(gè)系統(tǒng)的操作過程和數(shù)據(jù)內(nèi)容都是公開透明的。節(jié)點(diǎn)之間無法在系統(tǒng)規(guī)定的規(guī)則內(nèi)相互欺騙。

3）集體維護(hù)。系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)區(qū)塊通常由具有維護(hù)功節(jié)點(diǎn)之間共同維護(hù)，因此任何人都可以參與到系統(tǒng)維護(hù)。

4）可靠性和安全性。當(dāng)所有數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的51%無法被掌控時(shí)，就不能控制或者修改網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。因此，區(qū)塊鏈技術(shù)本身相對(duì)安全，避免內(nèi)部人員對(duì)數(shù)據(jù)的惡意篡改。

礦工安全信息是煤礦安全管理的關(guān)鍵性問題，現(xiàn)實(shí)安全管理中，煤礦花費(fèi)大量人力物力來獲取礦工安全信息，比如安全規(guī)章制度考試、心理測試和違規(guī)操作記錄等，由于目前礦井管理環(huán)節(jié)多、人工介入管理的主觀性方式，再加上礦井人事檔案管理和安全管理職能條塊分割，很容易造成信息疏漏、以及信息真實(shí)性等失真問題。

應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建煤礦職工安全信息管理框架，用區(qū)塊鏈技術(shù)保存礦工安全信息相關(guān)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)記錄上鏈后，任何修改數(shù)據(jù)的行為都會(huì)被記錄在區(qū)塊鏈上，這樣一種區(qū)塊鏈稱之為安全區(qū)塊鏈。以此研究一種新的礦工安全信息管理模式，保證信息的透明度、保證信息的及時(shí)更新，其有望解決煤礦行業(yè)中礦工安全信息記錄不完全，信息不對(duì)稱等問題，實(shí)現(xiàn)人員合理調(diào)配，促進(jìn)煤礦安全管理更好的發(fā)展。

2 煤礦職工安全信息區(qū)塊鏈的內(nèi)容與結(jié)構(gòu)

2.1 煤礦職工安全信息管理基本要求

職工安全素質(zhì)通常體現(xiàn)在職工文化素質(zhì)、業(yè)務(wù)素質(zhì)和心理素質(zhì)[9]，煤礦職工安全信息的基本要素如下：①職工基本信息：年齡、婚姻、工作經(jīng)驗(yàn)；②職工安全教育和培訓(xùn)：教育、教訓(xùn)經(jīng)歷和考核結(jié)果；③安全技能：技術(shù)職稱、技術(shù)等級(jí)、證書等；④安全激勵(lì)信息：各種榮譽(yù)證書、獎(jiǎng)懲信息。

2.2 安全區(qū)塊鏈技術(shù)路線

安全區(qū)塊鏈將存儲(chǔ)職工的安全信息，利用區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式賬本、不能篡改等特性，將區(qū)塊鏈作為安全素質(zhì)信息的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)定期將數(shù)據(jù)不斷錄入?yún)^(qū)塊鏈內(nèi)。每個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的安全素質(zhì)信息被打包成一個(gè)個(gè)區(qū)塊，變?yōu)闊o法修改的證據(jù)。安全區(qū)塊鏈上保存了該職工所有的安全信息，這些安全信息進(jìn)入數(shù)據(jù)處理區(qū)并被分析評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果判斷該員工的安全素質(zhì)等級(jí)。由此職工可以清晰的認(rèn)識(shí)到自己的安全素質(zhì)，實(shí)現(xiàn)安全素質(zhì)信息可視化，企業(yè)也可以根據(jù)安全素質(zhì)等級(jí)判斷該職工的風(fēng)險(xiǎn)抵抗能力與煤礦某場所的危險(xiǎn)程度是否匹配，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)員工的最優(yōu)調(diào)配。對(duì)于煤礦安全區(qū)塊鏈，其基本技術(shù)實(shí)現(xiàn)路線如圖2。

2.3 安全區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

圖2 安全區(qū)塊鏈技術(shù)路線圖Fig.2 Roadmap of security block chain technology

為保證全方位評(píng)價(jià)煤礦職工安全素質(zhì)，將職工職業(yè)生涯內(nèi)有關(guān)煤礦的所有安全信息記錄到區(qū)塊鏈內(nèi)，安全區(qū)塊鏈預(yù)計(jì)設(shè)置的節(jié)點(diǎn)有：人力資源部、技術(shù)培訓(xùn)部門、心理培訓(xùn)部門、安全管理部門、以及外圍相關(guān)與職工安全信息關(guān)聯(lián)部門等。其中煤礦職工為輕節(jié)點(diǎn)[10]，煤礦職工對(duì)安全區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)只有查詢信息的權(quán)限，不參與區(qū)塊鏈記賬和共識(shí)服務(wù)。煤礦職工可以通過手機(jī)APP 或者其他方式查看自己的安全素質(zhì)信息，除礦工以外，其他部門均為固定節(jié)點(diǎn)，參與區(qū)塊鏈記賬與交易。

以下對(duì)固定節(jié)點(diǎn)錄入信息進(jìn)行簡單說明見表1。實(shí)際記錄過程中，根據(jù)煤礦管理需要，可以增加或者減少節(jié)點(diǎn)，對(duì)于各個(gè)環(huán)節(jié)信息，可以根據(jù)實(shí)際需求更改。

表1 固定節(jié)點(diǎn)錄入信息Table 1 Information about fixed nodes

區(qū)塊鏈技術(shù)在不同環(huán)節(jié)的應(yīng)用不同，煤礦人力資源部門扮演了安全區(qū)塊鏈創(chuàng)世的角色，在職工入職煤礦時(shí)，創(chuàng)建煤礦職工個(gè)人信息檔案，隨后在區(qū)塊鏈中輸入特性信息（姓名、年齡、學(xué)歷水平）。當(dāng)安全培訓(xùn)節(jié)點(diǎn)發(fā)出交易請(qǐng)求時(shí)，系統(tǒng)記錄并自動(dòng)對(duì)安全培訓(xùn)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行授權(quán)，并繼續(xù)負(fù)責(zé)跟進(jìn)文檔和維護(hù)個(gè)人安全信息。每場安全培訓(xùn)的時(shí)間、目的、過程、結(jié)果都不相同，區(qū)塊鏈錄入的信息也不相同。心理素質(zhì)培訓(xùn)主要針對(duì)職工心理健康建設(shè)，記錄形式可參考安全技能培訓(xùn)。違規(guī)操作記錄通過煤礦管理人員記錄實(shí)時(shí)記錄到鏈上，要保證信息錄入的準(zhǔn)確性，準(zhǔn)確錄入違規(guī)時(shí)間、地點(diǎn)、違規(guī)過程以及違規(guī)后果等，保證礦工安全素質(zhì)信息的完整性。

按照區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建的安全素質(zhì)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，除了區(qū)塊頭外，區(qū)塊體構(gòu)建相應(yīng)的區(qū)塊記錄，用于記錄煤礦職工的安全信息全過程，安全區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖3。

圖3 安全區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Fig.3 Data structure of the security block chain

2.4 職工安全素質(zhì)評(píng)估

職工安全素質(zhì)評(píng)估是利用上述建立的安全區(qū)塊鏈信息對(duì)職工進(jìn)行考核管理核心。區(qū)塊鏈可以存儲(chǔ)煤礦職工自入礦時(shí)的所有重要的安全信息，由于區(qū)塊鏈的特性，可以保證這些信息是原始的、未經(jīng)過篡改的。通過確定各個(gè)環(huán)節(jié)的權(quán)重，采用合適的安全素質(zhì)評(píng)價(jià)方法，將安全信息資源運(yùn)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和數(shù)據(jù)分析，判斷煤礦職工的安全素質(zhì)等級(jí)，并將該等級(jí)和安全素質(zhì)信息發(fā)布至區(qū)塊鏈中。

將整合成的安全素質(zhì)等級(jí)錄入到人員定位系統(tǒng)中的人員定位系統(tǒng)中，將輔助人們進(jìn)行煤礦安全預(yù)警。安全素質(zhì)等級(jí)高的礦工，可以給予安全年終獎(jiǎng)勵(lì)和榮譽(yù)獎(jiǎng)勵(lì)，安全素質(zhì)等級(jí)低的職工，如存在不參加安全培訓(xùn)，違規(guī)操作的情況，則根據(jù)實(shí)際情況的嚴(yán)重程度，做出懲罰措施，并將上述行為記錄在區(qū)塊鏈上。

3 安全區(qū)塊鏈與人員定位系統(tǒng)的融合

3.1 系統(tǒng)融合及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

井下煤炭開采是一個(gè)環(huán)境條件不斷變化的過程，職工工作也是隨工作面以及設(shè)備移動(dòng)變化而變動(dòng)，各類職工在井下移動(dòng)，想要避開安全事故的發(fā)生，原則上使煤礦職工的安全素質(zhì)更高，綜合評(píng)估職工安全業(yè)務(wù)水平大于或者等于其所處空間的危險(xiǎn)度。

由上述可知，安全區(qū)塊鏈可以準(zhǔn)確記錄煤礦職工安全素質(zhì)信息，精準(zhǔn)的判斷煤礦職工安全素質(zhì)等級(jí)。同時(shí)對(duì)井下各個(gè)工作區(qū)域和巷道按照其危險(xiǎn)進(jìn)行區(qū)塊劃分[11]，這些危險(xiǎn)度的判斷是基于煤礦礦質(zhì)水平、自燃危險(xiǎn)性、機(jī)器操作難易程度、瓦斯危險(xiǎn)性等決定的。基于煤礦現(xiàn)有的人員定位系統(tǒng)，將安全區(qū)塊信息管理系統(tǒng)鏈入到人員定位系統(tǒng)中，在人員定位系統(tǒng)的定位分站里，進(jìn)行系統(tǒng)融合，通過安全區(qū)塊鏈信息系統(tǒng)與井下人員所處環(huán)境，綜合評(píng)判，減少井下作業(yè)場所事故的發(fā)生，從技術(shù)的水平上減少因人為失誤造成的事故。

3.2 兩系統(tǒng)融合綜合管理

通過在人員定位系統(tǒng)分站（中心站）與煤礦職工的安全區(qū)塊鏈關(guān)聯(lián)起來，職工安全信息及其安全素質(zhì)評(píng)判鏈接到人員定位系統(tǒng)內(nèi)，在井下各個(gè)區(qū)域的出入口內(nèi)設(shè)置識(shí)別器及語音提醒裝置，并將該區(qū)域的危險(xiǎn)度錄入到人員定位系統(tǒng)中，當(dāng)煤礦職工經(jīng)過井下目標(biāo)識(shí)別器時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷該職工的安全素質(zhì)等級(jí)是否大于等于所處位置的危險(xiǎn)度。當(dāng)煤礦職工的安全素質(zhì)等級(jí)符合所處位置的危險(xiǎn)度時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)默認(rèn)允許其通過。由此可以擴(kuò)充井下人員定位系統(tǒng)功能，實(shí)現(xiàn)井下人員自動(dòng)化管理。

4 結(jié) 語

隨著煤礦智能化生產(chǎn)不斷發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+”、物聯(lián)網(wǎng)等綜合自動(dòng)化系統(tǒng)普遍應(yīng)用于井下安全生產(chǎn)，多網(wǎng)多系統(tǒng)融合成為煤礦現(xiàn)場安全管理重要輔助手段。將區(qū)塊鏈技術(shù)引用到煤礦人員管理中，從煤礦安全的角度提出安全區(qū)塊鏈的概念，并建立相關(guān)安全區(qū)塊鏈基本要求，將體現(xiàn)煤礦職工安全素質(zhì)的全部信息記錄到安全區(qū)塊鏈中，該模型可以實(shí)現(xiàn)煤礦職工安全信息的有效使用，且運(yùn)作成本低，無需第三方管理，保證了信息真實(shí)透明性，提高了煤礦人員管理水平。將安全區(qū)塊鏈與礦井人員定位系統(tǒng)融合，技術(shù)上擴(kuò)充人員定位系統(tǒng)功能，通過安全信息管理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)評(píng)估，實(shí)現(xiàn)煤礦職工安全度與煤礦危險(xiǎn)度相匹配，從人因管理的角度實(shí)現(xiàn)人員調(diào)控，從根源上杜絕事故的發(fā)生。