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基于區塊鏈技術的煤礦安全信息管理研究
發布時間：2023-07-07 16:46
目錄
1 緒論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.1.1研究背景 1
1.1.2研究意義 2
1.2 國內外研究現狀 3
1.2.1 區塊鏈的研究現狀 3
1.2.2區塊鏈在信息管理方面的研究現狀 4
1.2.3 煤礦安全信息管理研究現狀 6
1.3 研究內容及技術路線 7
1.3.1研究內容 7
1.3.2技術路線 8
2計算機信息管理基本原理 10
2.1 安全信息管理基礎 10
2.1.1 安全管理 10
2.1.2 安全信息 11
2.1.3 安全信息對安全管理的指導性 13
2.2 區塊鏈技術基礎 14
2.2.1區塊鏈的概念 14
2.2.2 區塊鏈基本架構 14
2.2.3區塊鏈技術特點對于安全信息的保障性 18
2.3本章小結 19
3煤礦安全信息特性分析 20
3.1 煤礦安全信息的管理對象 20
3.1.1 煤礦安全事故要素 20
3.1.2 煤礦安全信息數據 21
3.2 煤礦安全信息管理的現狀特征 23
3.2.1人員信息層面 24
3.2.2機械設備層面 24
3.2.3作業環境層面 25
3.2.4組織管理層面 25
3.3 區塊鏈技術與煤礦安全信息管理的契合性分析 25
3.4 PEST 環境分析 27
3.5 基于區塊鏈技術的煤礦安全信息管理的思路 28
3.6 本章小結 29
4基于區塊鏈技術的煤礦安全信息管理模型 30
4.1 煤礦安全信息區塊鏈類型 30
4.2煤礦安全信息區塊鏈網絡節點研究 31
4.3 系統架構與功能 33
4.3.1 系統架構 33
4.3.2 系統功能 35
4.4 安全信息共享流程 36
4.4.1 智能合約 36
4.4.2 數據采集 37
4.4.3 數據儲存 39
4.4.4 數據共享 41
4.5 本章小結 42
5區塊鏈下的信息管理機制 43
5.1煤礦安全信息管理區塊鏈功能 43
5.1.1 基于區塊鏈技術的人員信息管理 44
5.1.2 基于區塊鏈技術的設備安全管理 45
5.1.3 基于區塊鏈技術的環境安全管理 46
5.1.4 基于區塊鏈技術的組織管理 48
5.1.5 基于區塊鏈技術的遠程安全監控 49
5.2例證（以礦井人員定位系統為例） 50
5.2.1 礦井人員定位系統安全作用 50
5.2.2 井下人員安全管理的區塊鏈特性 51
5.3 應用效果對比分析 52
5.4基于區塊鏈的煤礦安全信息管理發展途徑 53
5.5本章小結 54
6 結論與展望 55
6.1 結論 55
6.2 展望 55
致謝 57
參考文獻 58
附錄 64
1緒論
1.1研究背景及意義
1.1.1研究背景
據《中國能源中長期（2030、2050）發展戰略研究》報告［1］推測，未來三十年內煤 炭資源在我國一次能源消費結構中的比例仍然保持在一半左右，受制于我國的能源“富 煤貧油少氣”格局限制，今后一段時期能源消費仍然是以煤炭為主［2］。煤礦行業作為典 型的勞動強度高、風險高、事故發生頻率高的“三高行業”［3］。保證其安全工作順利進 行、降低煤礦行業百萬噸死亡率和事故發生數是煤礦生產管理中的首要任務。隨著我國 對煤礦安全生產重視程度的增加，以及行業內相關人士為保證煤礦安全生產所做的不斷 努力，煤礦行業的死亡人數、事故數以及百萬噸死亡率都呈現逐年下降的趨勢［4］，我國 煤礦的安全形勢取得了明顯好轉，表 1.1 統計了近年來煤礦事故死亡人數和百萬噸死亡 率。
表 1.1 2012-2020 年煤礦事故死亡人數及百萬噸死亡率統計
年份 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
死亡人數 1384 1356 927 575 538 375 333 316 225
百萬噸 0.374 0.288 0.255 0.162 0.156 0.106 0.093 0.083 0.058
死亡率
技術方面與安全管理方面缺陷的共同作用會導致煤礦事故的發生［5］,而安全管理方
面的缺陷是造成事故發生的主要因素，因此，提升煤礦行業中安全管理工作的效率與可 靠性是解決煤礦事故的首要任務。人類社會已進入信息化時代許久,各行各業早已體會 到信息化帶來的各種紅利,各級煤礦企業也逐漸意識到煤礦安全管理中信息管理對其起 到的重要作用［6］。數據流通和共享是企業信息化發展的基礎,近年來,煤礦企業不斷整 合安全信息資源,增加煤礦安全信息的利用率和可靠度,使煤礦安全管理有效性增強, 減少事故的發生［7］。煤礦行業所需要涉及的工作較多,煤礦生產、運輸、銷售等方面的 工作效率可以通過信息化建設進行提高,同時安全管理水平也會不斷提升［8］。一方面, 井下基層操作人員的雇傭人數會隨著安全設備自動化水平的不斷提高而不斷減少,另一 方面,對企業內各級安全管理對象的管控能力也會隨著傳感器和安全信息化系統的提高 不斷增強。對于實際的信息管理情況中,一方面,煤礦的開采是一項復雜的系統工程［10］, 需要采礦、地質、安全等多個專業、多個部門進行協同配合作業,特殊生產環境導致其 日常安全生產信息分散［11］，煤礦企業內部各個科室部門之間、企業和政府之間，安全信 息的傳遞和反饋不能做到實時響應，帶來嚴重的安全信息孤島和安全信息模糊等現象［12］。 對于煤礦企業來說，不利于企業對安全信息進行深層次的分析利用，以及難以做到實時 決策同時也帶來了深層的安全隱患。另一方面無論是信息收集手段還是信息分析手段跟 不上形勢發展要求［13］。這種情況之下，為了掌握第一手真實資料，煤礦企業需要通過有 效的技術手段來提高信息收集、處理能力，促進安全信息共享，提高職能部門之間協同 作業的能力。
隨著煤礦信息化的推進，尋找一種新技術來解決煤礦安全信息管理遇到的難題成為 必要。因此，本文針煤礦安全信息管理面對的問題，借助區塊鏈的技術特性對傳統安全 管理進行優化，以打破傳統安全管理存在的信息孤島、信息共享困難等難題，提高整個 行業的安全管理水平。
1.1.2研究意義
區塊鏈技術對煤礦安全信息共享是一新興事物，從人員、設備、環境、組織管理四 個方面對煤礦安全信息管理所存在的問題進行分析，分析區塊鏈技術應用到煤礦安全信 息管理的契合性與優勢，構建基于區塊鏈技術的煤礦安全信息管理框架模式，分析其網 絡結構以及信息管理運作流程，從而彌補傳統安全管理各參與主體間不信任及安全信息 共享困難的問題，進而提高煤礦安全管理水平，具有一定的研究意義。
（1）理論意義 現有的煤礦安全信息管理，通常只注重于環境因素的影響，比如現有的“一通三防” 系統，沒有站在整體角度對參與安全管理的各主體單位部門進行深入分析。本文在閱讀 大量文獻的基礎上，對煤礦安全信息管理的理論進行了深入分析與完善，構建基于區塊 鏈技術的煤礦安全信息管理框架模式，對各參與主體之間的信任和安全信息的高效傳遞 提供新的研究方法。
對于區塊鏈來說，有關區塊鏈技術的基本原理以及信息管理方面的應用較多，但是 涉及企業安全管理的研究較少，本文拓寬了區塊鏈技術的應用研究。同時，區塊鏈技術 的研究屬于熱點問題，簡單來說，“互聯網+”與“區塊鏈+”技術具有相似性，都是將 其自身與各領域進行結合互融，并將其自身所體現的優越性與技術性應用到其他領域。 未來“區塊鏈+”技術的發展也是必然趨勢，本文將為后續“區塊鏈+”與各傳統行業的 結合提供參考意義。
（2）現實意義 近年來，我國煤礦正在逐步進入信息化時代，安全信息管理也隨之受到了很大重視， 而煤礦開采涉及主體眾多、作業過程復雜等特點決定了煤礦安全信息管理是一大難點。 對此，探索和系統分析煤礦安全信息管理理論，對于指導煤礦安全開采具有重要的現實 意義。 煤礦安全信息管理中存在信息孤島、信息失真等問題，而區塊鏈技術所具備的特點， 即去中心化、不可篡改等，對解決煤礦安全信息管理中的問題具有天然的優勢，對區塊 鏈在煤礦安全數據共享中的應用研究，為煤礦安全信息管理中的信息共享問題提供了新 的解決方案，對提升我國煤礦安全信息數據共享能力，開展煤礦安全信息跨部門合作， 改善煤礦安全信息管理具有重大意義。
1.2國內外研究現狀
1.2.1區塊鏈的研究現狀
（1）國外研究現狀
區塊鏈技術起源于2008年由化名為“中本聰"（Satoshi nakamoto）的學者，其論文 《比特幣:一種點對點電子現金系統》［14］，區塊鏈技術作為比特幣的底層技術面世，其獨 特的數據生成方式和電子交易證明，迅速在金融貨幣方面發展。
Lu』】5 ］認為經區塊鏈系統加密后，可以確保分類賬中包含的數據沒有被篡改，并且 分類賬中的數據是可證明的。
Crosby^］研究了區塊鏈上信息交易，當數字資產通過區塊鏈時，經過許可的區塊鏈 網絡，具有相同的可追溯性，并且具有與未經許可的區塊鏈網絡相同的分布式、彈性和 冗余數據存儲系統。
HuckleZ］對區塊鏈與互聯網相連接的優勢進行了研究，提出一個安全且信息可實時 共享的應用程序，以自動付款和國際旅游等多個場景闡述了該方案的可行性。
Weber［18 ］對信息不對稱所導致的鏈上各主體不信任的問題進行了研究，并提出了相 應的解決辦法。
Lu Yang"】認為區塊鏈具備重新定義世界的能力，具有探索完整網絡記錄、信息來 源和防篡改的特征。
Dmitry［20］認為區塊鏈所記錄的各項信息除具有共享性特點外，還具備記錄不可消失 的特點，能夠解決信任問題，提高社會資源價值流動渠道的高效性和安全性。
Yli-Huumo J0］認為，目前對區塊鏈很大一部分研究集中在區塊鏈的安全和隱私問 題上，區塊鏈相關的方面將影響人類的意識形態和社會形態，由利于提高工業信息的自 動化和智能化。
（2）國內研究現狀 袁勇和王飛躍［22］提出承載數據的區塊鏈條將區塊鏈進行鏈接，并且認為區塊鏈可以 通過腳本代碼進行管理，通過這種方法，可以避免篡改或偽造數據。
蔣海［23］認為區塊鏈中的數據信息無法由單個節點去完成篡改工作,這是因為具有相 同權力與義務的多個節點共同維護區塊鏈的數據信息。
朱建明和付永貴［24］認為在區塊鏈系統中,所有參與者和節點都是主動加入活動和事 務的。與傳統機制的中央集權不同,權力下放是區塊鏈的一個顯著特征,這吸引了更多 的關注。
蔣潤祥和魏長江［25］認為區塊鏈作為一種分布式的技術手段,可以實現通過分布式節 點共同存儲、傳遞和數據交互信息的功能。
秦誼［26］通過研究發現,區塊鏈和云計算的融合操作為區塊鏈技術的應用提供了基礎 設施支持,降低了平臺部署的時間和人力成本,區塊鏈技術可用作共享信息數據庫的基 礎架構。
文必龍、陳友良［27］通過分析當前企業信息管理存在的數據被篡改、無法保證數據安 全性,提出將區塊鏈技術應用于企業信息管理,使信息可見不可改,減少數據被改動的 風險。
1.2.2區塊鏈在信息管理方面的研究現狀
（1）國外研究現狀
Lu Y［28］認為區塊鏈通過整合日益流行的人工智能、云計算和大數據等技術，徹底改 變了可擴展信息技術系統和多樣化應用的創建。各行各業最近都開始實施對區塊鏈的勘 探，區塊鏈很快就會遍布各行各業。
在醫療信息方面，Mettler M［29］認為在醫療保健行業中，區塊鏈在醫學研究和制藥行 業中的藥品假冒管理中有很好的應用前景。例如，瑞士的一家全球性數字健康初創公司 healthbank 在處理數據交易和共享個人健康數據時采用了一種全新的方法。該公司為其 用戶提供了一個平臺，他們可以在安全的環境中存儲和管理其健康信息［30］，數據主權完 全掌握在用戶手中。并且，衛生銀行計劃為基礎業務模型持續應用和實施區塊鏈技術。 個人通過可穿戴的電子設備，將收集道德個人安全信息上傳至基于區塊鏈技術的健康 APP 中，并將其安全地存儲在醫療銀行區塊鏈［31］。因此，健康銀行已成為最終用戶或醫 療保健中賦予患者權力的象征，它與數字化健康計劃并駕齊驅。區塊鏈技術將進一步提 高醫療保健領域的最終用戶和患者的權力。區塊鏈可以使每種生產的藥物都標有時間戳。 首先，借助這種方法，可以確定在任何給定時間生產藥物的時間和地點。其次，這種方 法可以專門用于打擊假冒藥品的生產。使用區塊鏈，可以檢測產品及其組件的來源，并 明確每種情況下的所有所有權轉讓并向所有人公開，跟蹤和識別偽造，劣質或被盜的貨 物［32］。
在供應鏈物流信息管理方面，James［33］認為通過在國際海運物流的海關、用戶、供 應商等各個參與方之間部署區塊鏈節點，提高物流信息的安全性和完整性，保障物流信
息不被篡改，提高信息在各個環節的流通效率，提高供應鏈協同合作。
Chang Choong-koo［34］將區塊鏈技術應用到韓國水電和核電廠綜合管理中，確保事故 發生時，準確透明的記錄事件，以支持生產力的提高和工廠設施的有效管理。
Nawari N O［35］等提出在建筑行業使用區塊鏈技術，建筑行業監管性差、缺乏充分合 作和信息共享的現狀，將區塊鏈技術與 BIM 系統相結合，可以簡化一些操作，比如協 同和設計檢查，同時解決網絡安全性和數據交換完整性的問題。
Conoscenti M［36 ］認為連接到物聯網的傳感器、設備和機器的數量將超過手機的數量， 使其成為最大的連接設備類別，安全性低以及運營和維護成本高。區塊鏈能夠與各種物 聯網相關設備進行通信，并激勵智能架構更高效、更安全地運行，減少維護成本，區塊 鏈技術增強了數據的分散性、加密性和準時性。
加拿大政府已經實施了一個基于區塊鏈的框架來解決大麻監控問題［37］。該系統可以 實現，全過程信息記錄大麻供應鏈，實時跟蹤生產過程，降低監管成本，破壞非法市場， 減少犯罪。
（2）國內研究現狀 國內現有的應用研究中，王鑫［38］認為區塊鏈技術可以解決人力資源信息真實性缺乏 歧視的問題，其構建的區塊鏈模型，為職工的業績考核、薪酬發放提供了真實可靠的人 力資源信息，提高了企業管理效率。
蔣宇、關克平［39］認為隨著區塊鏈的實施，海事信息的每一份文件都可以存儲在一個 分布式的分類賬中，可以在整個海事信息管理系統中對每一個交易的創建、刪除和更新 都有一個完美的公證。整個區塊鏈系統知道確切地信息的來源，并且該技術能夠進行認 證。
孟韜、董政［40］等認為供應鏈中的每一個環節都是信息共享和信任侵蝕的瓶頸。由于 輸入到區塊鏈系統的信息是經過認證的，信息的可靠性明顯高于傳統的管理過程，區塊 鏈技術有潛力通過使用開放許可的分類賬系統來應對這些挑戰。
孫建中、田文秀［41］提出了利用區塊鏈技術對過程安全管理進行記錄的想法，認為區 塊鏈技術可以進一步保證過程安全管理的有效性、全面性，減少管理漏洞，強化管理措 施的落實程度，減少安全事故糾紛。
曹洋、蘇振民［42］等認為區塊鏈應用于建筑供應鏈信息管理的優勢有信息安全性、可 追溯性、透明性。
李蒙、魯曼［43］等認為相互信任有助于施工過程順利進行，區塊鏈技術的信任性，可 以讓建筑供應鏈的每個參與者成為項目生命周期中所有信息的保管人，來負責信息交換。 基于區塊鏈技術的建筑材料信息管理，可以實現供應鏈管理的最終目標，實現無縫和敏 捷的供應鏈，以最低的成本滿足客戶的需求。
何曉東、黃新榮［44］提出了面向電子文件管理的區塊鏈平臺，每個檔案部門和業務部 門之間擁有自己的區塊鏈節點，節點之間可以直接進行文件信息的傳遞和交易，減少交 易帶來的信息損失，保障文件的真實性，提高電子文件管理效率。
周萬鍇、龍敏［45］認為區塊鏈技術為環境監測信息管理提供了一個極好的機會。通過 在環境監測管理上實現區塊鏈網絡，可以實現事件和故障數據的準確和透明性質。確保 安全、快速地傳輸。物聯網技術與區塊鏈技術的融合研究具有很高的研究價值。然而， 目前的研究進展仍存在許多不足，因此有必要加強物聯網與區塊鏈的融合研究，加快物 聯網與區塊鏈技術的融合發展。
俞茜［46］、俞斌［47］基于區塊鏈技術，將區塊鏈技術同海上散裝液化化學品運輸行業相 結合，提出一種安全監管方法。該方法與海上運輸執行的六大安全原則形成對應關系， 對海上危化品運輸的安全監管水平具有建設意義。
金志偉［48］認為在礦山企業應用區塊鏈技術，可以改變當前礦山管理的做法。提高礦 山管理自動化，減少信息共享的時間和成本，提高礦山企業工作效率。
區塊鏈技術對于大部分行業來說，仍屬于新興技術，正確的認識和理解有利于這項 技術的傳播。并且區塊鏈技術的潛力有目共睹，因此，在煤礦安全信息管理中應用區塊 鏈技術，提高煤礦安全信息共享效率需要引起煤礦企業的關心。
1.2.3煤礦安全信息管理研究現狀
近年來，隨著科學技術的發展，煤礦生產工程技術管理手段等各個層次全方面推進 煤礦安全生產走向信息化、智能化、專業化科技化發展。
Robson［49］對煤礦安全管理進行深入調研總結后中，提出16種煤礦安全信息化管理 要素，并且這 16 種要素被煤礦安全管理研究人員普遍接受，作為煤礦安全信息應用開 發的基礎依據。
Grozdanovic M［50 ］認為通過信息管理手段對煤礦工藝過程進行控制和管理的研究集 中控制礦井工作環境，并有可能在以后升級，增加更多功能，不間斷地利用信息滿足其 具體需求的可能性特別重要。
Li Y［51 ］認為現行的煤礦安全信息管理缺少透明化，各部門之間存儲的信息各不相同, 并且在某個部門提出信息需求時，其他部門很難做到實時共享，信息共享困難。這對于 煤礦安全信息化中的數據采集、挖掘、決策帶來了較大困擾，同時不利于排查整改煤礦 安全隱患，因此解決煤礦安全信息不對稱是煤礦安全信息化的重點、難點問題。
王秉、吳超［52, 53］等認為，以安全信息指導安全管理具有先瞻性，安全管理信息化可 以為實際安全管理提供更多可能。真實可靠的安全信息可以作為安全管理各個環節的紐 帶，為安全管理帶來新動力。
胡守平［54］認為現有的煤礦安全信息管理缺少超前的總體規劃作為指導，導致煤礦各 個部門子系統之間技術標準不一、管理需求不一，不能有效集成安全信息，信息孤島嚴 重。
丁恩杰［55］認為基于大數據和云處理的煤礦信息化，在信息采集、儲存、挖掘、分析 的基礎上，實現各個生產環節的信息感知和信息處理。
章亞斌［56］認為煤礦安全信息化可以實現科學化管理，他設計的煤礦安全信息系統可 以對瓦斯情況實時監測，自動報警，并且煤礦安全信息管理可以延伸至人力資源、供銷、 財務科、機電設備、庫管等方面，為煤礦科學決策提供安全資料。
孫彥景［57］針對煤礦安全生產過程中人、物、環境等因素造成的事故，將物聯網技術 與煤礦安全信息管理聯合起來，物聯網技術可以為煤礦安全管理提供更多的應用場景， 在物聯網技術中，它是人與物、人與人之間的聯系，這些聯系是真實的，而且煤礦企業 內大部分信息都可以通過物聯網終端設備獲取，并且在物聯網終端上獲取的數據非常準 確，以實現在煤礦生產各個環節的準確把控。
楊奇［58］通過研究煤礦行業中的險兆事件，建立了煤礦險兆事件管理信息系統。該套 系統可共享，并可以幫助管理者統計分析信息，根據分析結果，優化信息管理流程，降 低煤礦事故發生的概率，減少煤礦經濟損失，提高整個行業的安全管理效率。
韓茜［59］將煤礦企業信息化分為井上、井下兩部分，制定智慧礦山信息化標準可以提 高井下信息化建設，加強六大系統互容互通，提高信息共享，減少安全事故，避免事故 發生后安全責任人不確定。
楊真、郭昌［60］認為礦山企業存在著數據實時性差，準確性低，靠譜性低等問題，數 據的生成或提交程序都是由自己的生產廠家開發的，提交的數據經過多次傳輸后，其真 實性無法領取保證，這不僅影響了工作效率，帶來的安全隱患，也是影響公司安全和發 展的關鍵原因。以大數據、云計算和人工智能等新興技術可以提高信息感知水平，實現 實時信息融合。
通過對上面區塊鏈和安全信息等成果的綜述，發現區塊鏈技術在煤礦生產領域鮮有 應用，同時煤礦安全信息管理系統的信息分散、信息失真等影響安全決策。信息化社會 對于信息傳遞和預判的要求提高，使得本研究成為可能。
1.3研究內容及技術路線
1.3.1研究內容
（1） 通過分析區塊鏈技術的原理和特性，區塊鏈相關理論概述和發展現狀，研究區 塊鏈技術背景下，煤礦安全管理管理創新模式的研究。
（2） 查閱文獻資料把握煤礦安全信息管理的概念和特點，研究煤礦安全信息共享 協同的現狀；在此基礎上，結合區塊鏈技術特征，分析其應用于煤礦安全信息管理的契 合性和研究思路。
（3） 設計煤礦安全信息區塊鏈的類型、網絡節點類型，構建基于區塊鏈的煤礦安全 信息管理架構模式，分析煤礦安全信息在區塊鏈中數據上傳、數據存儲、數據共享設計 方案。
（4） 從人員、設備、環境、組織管理、政府監管五個維度對區塊鏈在煤礦安全信息 管理中的具體應用進行論證，再經實例論證，提出區塊鏈技術在煤礦安全信息管理中發 展的意見與建議。
1.3.2技術路線
本文研究的技術路線見圖 1.1。
圖 1.1 技術路線圖
2計算機信息管理基本原理
2.1安全信息管理基礎
2.1.1安全管理
安全管理是為實現安全目標而進行的有關決策、計劃、組織和控制等方面的活動， 主要是運用現代化的理論與技術，對不安全因素進行檢查和分析，從人-機-環-管幾個方 面采取有效手段，提前采取措施，解決各種不安全因素，預防事故的發生［61］。
煤礦安全管理是指在煤礦企業內，各職能部門通過調動企業所有的安全管理制度、 安全技術手段，協調各方面之間資源，減少煤礦企業安全隱患的數量以及降低安全隱患 的危險程度，減少事故的發生，提高煤礦企業的安全性的［62］。煤礦生產系統涉及因素眾 多，其動態信息和靜態信息受內部外部多重因素影響，其安全管理涉及機電科、通防科、 安監部、調度室、生產科等多個職能部門協作。同時，還包括井下工業場所作業區隊的 生產安全信息，這些煤礦區隊作業環境惡劣，照明條件差、粉塵多、危害因素難以消除， 等等。一旦安全管理不到位就成為導致煤礦事故發生的原因。
因此，煤礦安全管理的特點可以體現在以下幾個方面：
一、 安全管理部門的特殊性。
煤礦企業的安全管理并不是單指安全管理科和安全監察部，而是和其他生產部門 之間交叉密切。煤礦事故種類繁多，工作面的開采過程中，如采掘、地質、機電運輸、 通風等都會產生各種不安全因素，發生事故。因此，煤礦安全部門屬于統籌部門，需要 對各個部門的安全資源進行協調調度，通過各種計劃、手段、協調來保證煤礦安全生產 順利進行，保持安全生產的無事故狀態。
二、 安全管理手段的豐富性。
安全管理包含管理手段和技術手段。煤礦安全問題一直收到社會各界的關注，國 家通過在中央和地方政府設置煤礦安全生產監督管理局實現對煤礦的安全監管，并制定 一系列規章制度，比如：《煤礦安全監察條例》、《煤礦安全規程》、《煤礦安全質量 標準化標準及考核評級辦法》等，來強制性的保證煤礦安全生產順利進行。并且企業內 部也積極引進各項先進技術、設備、系統等來提高煤礦安全管理水平。企業也會投入大 量財力進行員工技能培訓、企業安全文化宣傳貫徹等方式提升煤礦企業安全水平。
三、 安全管理的有效性。
沒有百分之百的安全。在時間方面，現代技術不斷發展，人們對安全的認知也在不 斷變化，原來被認為具有可靠性的安全管理手段，已經不能滿足人們對安全的需求。在
實際生產方面，安全生產并不是一成不變的，其過程存在眾多不確定因素，比如人的安 全行為和安全環境的不固定性。人的安全行為受安全心理、安全生理等因素影響，其安 全狀態隨時可能發生變化，導致不安全行為的發生。并且，隨著煤礦采掘不斷深入，地 質環境發生變化，現有的信息技術雖然可以提前預測預警，但是不能保證百分百的成功。 人和環境的不確定性會影響煤礦安全管理效率，使原先有效的安全管理手段變得無效。
2.1.2安全信息
（1）安全信息的概念 目前安全領域對安全信息的界定較為混亂，以下是幾個典型的安全信息概念。
①安全信息是以保護人的身心安全健康為目的，能反映安全領域中一切安全活動 或事物產生、發展和變化所依賴的一種資源［63］。
②安全信息是生產與生活中，消除事故隱患、減少事故損失、保障安全生活為目的 的相關數據集合［64］。
③安全信息是在人類生產活動中可被人獲知的對人、機、環境產生影響并能影響 事故發生和發展的一切相關信息［65］。
（2）安全信息管理過程
①信息源
信息源是指煤礦安全信息采集的源頭，源頭的選擇取決于煤礦安全管理的需要。根 據時間和地點的不同，將信息源分為兩類。首先按照時間的分類，分為一次信息源和二 次信息源，一次信息源是指未經處理的原始安全信息，二次信息源是指經過處理等待查 閱使用的安全信息。其次按照地點的不同，分為內源和外源。內源是指系統內部的安全 信息，外源是指與安全有關的系統外部的安全信息。合理的選擇信息源是正確安全決策 的基礎，有效的信息源可以為安全管理提供有效的安全信息。
②信息收集
合理的信息收集手段是提高安全管理效率的基礎。現代安全信息收集手段多種多樣， 可大體分為兩種,一種是人工收集方式，另一種是非人共收集方式，例如:物聯網、RFID、 無線電傳感等技術。實時、真實、完整的收集安全原始信息是保證安全信息管理系統順 利運行的基礎，根據企業安全需要和安全預算，選擇合適的安全收集手段是安全信息管 理的重要步驟。
③信息整序、存儲、信息利用
根據企業安全管理的需求，對安全信息進行處理、存儲和輸出給安全管理用戶的系 統。根據企業不同的信息技術條件，信息處理具有多樣性。現在，越來越多的計算機特 別是微型計算機，被用來安全信息處理和存儲。與此同時，越來越多的現代化通信設備 被用于安全信息傳輸。
④信息反饋 在安全管理過程中，會出現一些管理效果，信息系統通過收集管理結果，可以指導 進一步的安全措施，提升安全信息管理水平。
I
圖 2.1 安全信息管理過程圖
（3）煤礦安全信息特點 煤礦采掘是一項復雜多變的系統工程，其開采過程中涉及的專業學科有掘進、采礦、 通風、監測、機電、運輸等，由多個部門配合作業完成。而且從煤礦設計到煤礦開采結 束的過程中，煤礦內的人、設備、環境都在隨開采不斷變動，產生了信息量巨大、種類 繁多、形式狀態不同的安全信息，具體特點如下：
①涉及主體多，數據量大 在煤炭開采過程中，與安全生產相關的信息不斷實時更新，其中包括人員定位信息， 人員狀態信息，設備布置信息、設備運行狀態信息、煤礦溫度、瓦斯、頂板壓力等環境 監測信息，以及其他工程信息，并且，隨著煤礦信息化水平的發展，產生的安全信息只 會不斷增多。
②數據種類繁多 煤炭在開采過程中，產生的安全信息種類繁多，主要有圖表、影像、數字、文字、 工程圖紙（CAD）。
③安全信息更新速度快 隨煤炭采掘進度不斷推進，與開采有關的人員狀態信息、設備運行信息、環境監測 信息無時無刻都在發生改變，并且隨著組織環境、管理制度發生變化，相應的標準化流 程也會發生變化，因此，煤礦安全信息的迭代速度快。
④安全信息共享頻繁 由于煤礦生產是一個協同作業的過程，需要多部門、多專業學科人才共同配合，因 此，需要及時共享由不同科室、不同位置產生的煤礦安全信息，保障各部門之間對安全 信息認同的一致性，便于管理部門對于生產的安排與實施，減少因信息不對稱導致不安 全行為和不安全狀態。
由煤礦企業部門眾多、人員分布比較分散，開采時間較長，并且各個科室之間在開 采過程中分工細化且專業，各科室以及每個職工之間獨立性較強，掌握的安全信息各不 相同，如圖 2.2 所示。由于缺乏統一煤礦安全信息共享機制，導致煤礦安全信息在實際 生產過程中得不到有效的實時共享，加大了開采生產安排以及安全管理，難以實現安全 資源最優化。因此煤礦企業存在的“信息孤島”和“數據不透明”問題，需要新的技術手段 去優化。
各科室歷史數據
管理人員
2.1.3安全信息對安全管理的指導性
正確的安全管理決策取決于有效安全信息，信息化時代的安全管理理念應注重安全 信息的研究，加強安全信息的分析和挖掘，可以找出安全信息背后的規律，以此來改變 現代企業的安全管理理念，提高安全管理水平。
煤礦安全管理會產生大量安全信息，傳統的安全管理注重于過程，從提出問題、構 建模型、解決問題、結果反饋等環節，以至于最終結果的時效性降低。而信息數字化下 的安全管理更加注重提前預防，以安全信息指導安全決策，其結果更具有時效性和權威 性。煤礦安全信息化可以，實時上傳安全信息，各部門實時響應，快速處理。在開采全 過程做到管理信息化、數字化，增強企業安全管理的時效性和前瞻性。
2.2區塊鏈技術基礎
2.2.1區塊鏈的概念
區塊鏈是一個數字化的、分散的公共分布式賬，記錄數據、資產和所有相關交易， 并在網絡參與者之間執行和共享［66］。區塊鏈是建立一個數字分布式共識，確保數據分散 在幾個擁有相同信息的節點中，增強活動的透明性和數據安全性［67］。狹義上說，區塊鏈 是一個鏈式數據結構，它根據時間順序將數據塊關聯在一起。本質上，區塊鏈是一個分 布式數據庫，需要所有的參與者一起工作［68］。
2.2.2區塊鏈基本架構
區塊鏈是一種新穎的應用模式，結合了計算技術的獨特性和創新性，如分布式數 據存儲、分散和獨立的對等交易、自動和智能共識機制、可編程智能合同和動態加密 算法。區塊鏈是一個分散的系統，由六層組成:數據、網絡、共識、合同、服務和應 用，如圖 2.3 所示。
應用層 1. 0可編 程貨幣 2. 0可編 程金融 3. 0可編 程社會
合約層 腳本代碼 算法機制 智能合約
激勵層 發行機制 分配機制
共識層 PoW P°S DPoS
網絡層 P2P網絡 傳播機制 驗證機制
數據層 數據區塊 哈希算法 鏈式結構
時間戳 非對稱 加密 Merkle樹
圖 2.3 區塊鏈架構圖
數據和網絡層主要負責信息的采集、密碼驗證、信息整理，共識和合同層負責各類 機制，比如智能合約、激勵機制、共識機制等。服務層和應用層將基于區塊鏈的活動付 諸實踐。作為一個推廣協議，激勵機制可以構建為一個單獨的層。激勵層主要用于各種 加密貨幣；它旨在促進資源共享，激發群體智慧，促進協作交流。區塊鏈技術一般被認 為集成了以下關鍵技術：P2P網絡、分布式分類賬、非對稱加密、智能合同等。這些技 術使區塊鏈成為安全、可靠、開放、公平、高效和智能的新一代信息處理技術。
（ 1 ）區塊鏈的數據區塊結構 在區塊鏈網絡中，分類賬由一系列按順序排列的離散化加密數據塊組成，這些數據 塊是在驗證交易時用加密哈希創建和存儲的。構成單個塊的兩個主要部分是:區塊頭和 區塊體，如圖 2.4 所示。
區塊頭包括前一區塊的哈希值、merkle樹根散列、時間戳、nBits、隨機數和父塊散 列。區塊體包括在塊中的交易和分類賬事件的列表，以及可能存在的其他數據，主要保 存當前事件交易過程記錄。這些記錄通過 Merkle 樹的哈希過程生成唯一的 Merkle 根并 記入區塊頭。一個塊可以包含的最大事務數取決于塊大小和每個事務的大小。
圖 2.4 區塊鏈數據區塊模型
（2）區塊鏈鏈式存儲結構
鏈式結構指的從創世區塊到當前區塊所形成的一條主鏈。這條主鏈記錄了數據區塊 中的發展歷程，所有的數據信息都可由此進行溯源。如圖 2.5，鏈式存儲結構主要體現 在兩點，一是當前區塊的頭中包含前一區塊的哈希值，如果先前發布的塊被改變，它將
具有不同的散列。這又會導致所有后續塊也具有不同的散列，因為它們包括前一個塊的 散列。二是區塊體中的默克爾樹鏈式結構，每筆交易經過哈希計算后形成哈希值，最終 的哈希值就是區塊的默克爾根。計算是從下至上的，因此任何交易的改變都會引起哈希 值的變化。這種數據結構從根本上保證了數據不被篡改。
前一區塊的Hash值 -n 前一區塊的Hash值 -n 前一區塊的Hash值
隨機數 4 隨機數 4 隨機數
時間戳 時間戳 時間戳
目標哈希 目標哈希 目標哈希
Merkle-Roat Merkle-Roat Merkle-Roat
Hash<1,2,3,4>
一
Hash<1,2> -
Hash<3,4>
Hash1 Hash2 Hash3 Hash4
i L i L i k i L
<sig1,loc1,type1> <sig2,loc2,type2> <sig3,loc3,type3> <sig4,loc4,type4>
圖 2.5 區塊鏈鏈式結構示意圖
（3）Hash 函數
基本上， Hash 函數用于將消息壓縮為固定長度的文本。在這種模式下，分組密碼被 用作壓縮函數來創建純文本的散列。哈希是一種將任何大小的輸入計算相對唯一的固定 大小輸出的方法（例如，文件、某些文本、信息或圖像），如圖 2.6，即使輸入的最小變化 也會導致完全不同的輸出，如果輸入稍有變化，輸出會顯著變化。這是密碼算法的雪崩 效應，通常用于分組密碼和密碼散列函數。在煤礦信息管理系統中，安全信息元數據被 散列并由每個節點共享，使得每個參與者可以獲得相同的信息，并且不能任意改變信息。
圖 2.6 Hash 函數
（4）非對稱加密和數字簽名
非對稱加密是用于確保區塊鏈安全的基本技術。如圖 2.7，非對稱加密由兩個密鑰組 成:一個公鑰和一個私鑰，帳戶地址是從公鑰中導出的。不對稱加密在區塊鏈有兩種用途: 數據加密和數字簽名。通過對區塊鏈技術的深入研究和對區塊鏈應用的需求，非對稱加 密不僅用于交易簽名和驗證，還用于加密區塊鏈記錄的數據。多重簽名技術是一個有用 的工具。區塊鏈的一個重要機制是塊中記錄的數據需要由其他節點驗證。但是，由于一 些信息不應該被公開，我們可以使用盲簽名技術來滿足這一要求，并可以實現隱私和安 全目標。非對稱密鑰加密通過提供一種機制來驗證事務的完整性和真實性。
公告
用自己的私鑰解 用A的公鑰加密數據
密數據Date Date，發送給A
（2） （1）
圖 2.7 非對稱加密技術
（5）智能合約 智能契約是記錄在區塊鏈上的一段代碼，由唯一的地址標識，是嵌入交易數據庫 并隨交易自動執行的業務協議，這一概念是 Nick Szabo 最早提出［69］。智能合約是紙質合 約代碼化，從用戶的角度來看，智能合同是一種自動保障計劃。只有在滿足某些條件時， 智能合同才會發布或傳輸適當的數據。從技術角度來看，智能合同是一個網絡服務器。 這個服務器不是建立在互聯網上，而是建立在區塊鏈。因此，特定的合同程序可以在這 些服務器上運行。智能合同還具有處理數據、操作資產交易和管理智能資產的能力。
如圖 2.8 所示，為智能合約模型。智能合約的語言用特定的編譯器將合約編譯成字 節代碼。被編譯后，合約被上傳到區塊鏈網絡，區塊鏈網絡為合約分配唯一的地址。區 塊鏈網絡上的任何用戶都可以通過向合同發送事務來觸發合同中的功能。合同代碼在參 與網絡的每個節點上執行，作為新區塊驗證的一部分。當外部輸入信息觸發智能合約閾 值時，智能合約根據預先設定好的代碼做出響應，其輸出痕跡，也會被記錄到區塊鏈中。
圖 2.8 智能合約運行示意圖
2.2.3區塊鏈技術特點對于安全信息的保障性 區塊鏈具有以下六個方面的特征：
（1）去中心化 區塊鏈是一種去中心化的分布式體系構架。與現有的存儲系統系統不同，區塊鏈的 分布式管理，無需中心管理機構來監督數據交換操作，所有區塊中的信息分布在整個網 絡中的多個節點上。區塊鏈分布式賬本是同步更新的，而不是中心節點控制信息［70］。分 布式管理可以保證多渠道共享安全管理信息，確保安全數據的快速傳達，并且保證信息 的完整性。
（2）去信任化 區塊鏈技術不依靠第三方信任，而是通過各節點提前協商相應的算法，輸入到區塊 鏈網絡中，區塊鏈特殊的加密方式和數據庫為信息共享進行信用背書［71］。只要各節點提 前協商好相應算法，就能在整個網絡中達成共識。在煤礦安全管理中，該協議確保安全 管理決策和安全信息在其整個生命周期內是共享的、不變的，多方參與互相監督，保證 數據庫的可信賴程度。
（3） 可追溯性 在區塊鏈技術的支持下，當每個節點或用戶對應于其他用戶時，互聯網可以根據 IP
地址做標記。并且使用包含時間戳［72］的鏈式存儲結構來存儲塊上的數據，因此該技術增 加了時間維度并且能夠追蹤數據的來源。
（4） 安全性 區塊鏈網絡中經過驗證的節點不會接受攻擊者創建的區塊。如果攻擊者不能比其他
經過驗證的節點更快地生成區塊，攻擊者的區塊將被放棄。當攻擊者擁有總計算能力的 50%以上時，攻擊者可以輕松地將創建的塊合并到長期區塊鏈中，并威脅區塊鏈系統。 然而，從技術角度來看，攻擊者很難獲得 50%以上的計算能力。不僅如此，分布式賬本、 非對稱加密等技術，可以保障數據在區塊鏈網絡中安全性。
（5）透明性 在區塊鏈網絡中，除特定信息在加密后不能被共享，與現有的存儲系統系統不同， 區塊鏈的分布式管理，無需中心管理機構來監督數據交換操作，所有區塊中的信息分布 在整個網絡中的多個節點上。區塊鏈分布式賬本是同步更新的，而不是中心節點控制信 息，每個節點的更新速度是相同的，保證了數據的透明性，從而確保信息準確，及時做 出決策，解決問題。
2.3本章小結
本章對安全信息管理的相關概念以及區塊鏈的技術基礎進行了概述。得到以下結論：
（1） 基于國內外學者及組織對“安全管理”、“煤礦安全管理”、“安全信息”相 關概念進行了分析和討論，明確安全信息對于安全管理具有指導意義。
（2） 對區塊鏈概念和關鍵技術進行界定分析，并對其特有的屬性特性進行詳細分 析，以及明確區塊鏈的特殊屬性對于安全信息管理的保障性。
3煤礦安全信息特性分析
信息科學技術的飛速發展讓各行各業逐漸邁入信息化時代，煤炭產業信息化建設 和發展已經步入快車道，所有礦井業已建成綜合自動化系統，其信息化建設就顯得尤 為重要。目前的煤礦安全信息管理研究，兼容并向大數據、物聯網方面拓展，針對單 一系統的研究較多，比如煤礦精細化系統研究、煤礦隱患排查信息系統等，而涉及綜 合性的研究和應用較少。為了彌補傳統安全管理信息協同的不足，進而幫助煤礦企業 實現安全管理信息收集的全面性、信息共享的及時性最大化安全信息協同合作，有針 對性的對其進行分析研究是必不可少，具體內容如下：
3.1煤礦安全信息的管理對象
3.1.1煤礦安全事故要素
根據事故致因理論認為事故的發生通常多種因素耦合的結果。煤礦事故通常是人、 機、環、管四個因素的耦合作用引起的，從圖 3.1 中可以看出，事故的發生除了單一因 素造成的事故，還有多個因素交叉造成事故。人的不安全行為引發人員失誤，人員失誤 導致事故發生，物的不安全狀態引起設備故障，設備故障導致事故發生，作業環境不良 引起環境脆弱，環境脆弱導致事故的發生管理缺陷，管理缺陷導致事故。
依據煤礦事故要素的不同，煤礦安全信息可分為有關人的安全數據，有關設備的安 全數據、有關環境的安全數據、有關管理的安全數據。具體的特征及包含的數據如下：
（1） 人的行為類安全數據
人的安全數據主要指能體現職工安全性的數據，即安全生理、安全心理狀態的數據， 比如職工教育背景、出勤定位等能體現人的風險感知能力的數據。
（2） 設備類安全數據
機電設備是煤礦安全生產的重要保證，其運行過程產生的各類數據就是設備類安全 數據。煤礦企業內的生產設備包括：采煤機、輸送機、車輛設備、通風除塵設備、礦井 絞車、礦用電器、鉆機、纜車、頂板液壓支架等。除了設備的基本信息（設備臺賬：購 進日期、使用地點、技術特征、生產廠家、設備編號），設備的檢修數據、還有設備的 運行信息。
（3） 環境監測安全數據
煤礦井下環境惡劣且變化快，危險主要來自甲烷濃度煤塵、溫濕度、氧濃度、透水 性、煤溫等環境因素，這些因素大多可以通過傳感器進行實時監測，主要環境安全數據 包括：一氧化碳濃度、井下溫度、濕度、采光亮度、地質壓力、頂板壓力、煤層溫度、 通風量、瓦斯濃度等。
（4）管理類安全數據 煤礦管理類數據主要是以文件形式體現，有法律法規、技術標準、規程規范、管理 體系文件、企業安全管理制度等。比如《安全生產責任制》、《安全生產標準化管理制 度》、《安全生產教育與培訓管理制度》等。
3.1.2煤礦安全信息數據
煤礦生產涉及系統眾多，隨著煤礦信息化的推進，其安全信息也在不但增加，目前 企業內有關安全的信息系統包括煤礦人員信息系統（人員定位管理信息系統、人員考勤 管理信息系統、員工培訓信息管理系統、個人基本信息管理）、設備信息管理系統（煤 礦設備基本信息系統、煤礦設備診斷信息系統、煤礦設備運行監測信息系統）、環境管 理信息系統（煤礦地質信息系統、環境監測監控信息系統）、組織管理信息系統（風險 預控管理信息系統、應急管理系統）［73-76］，具體的操作系統和包含的數據信息如下圖所 示。
圖 3.2 煤礦人員安全系統圖
圖 3.3 煤礦設備安全系統圖
圖 3.4 煤礦環境安全系統圖
圖 3.5 煤礦組織管理安全系統圖
3.2煤礦安全信息管理的現狀特征
近年來，在煤礦安全管理中，《安全生產“十三五”規劃》（國辦發〔2017）3號）
指出“推進安全生產信息化建設”推進信息技術與安全生產的深度融合。近年來在信息 技術的支持下，國內煤礦積極開展智慧礦山建設和研究。大數據、人工智能、物聯網等
先進技術和模式的快速發展，進一步打破了企業、部門、部門之間在工程建設過程中的 壁壘，煤礦企業或部門積極進行協調與配合，全面地開展相關安全管理活動。 這進一步導致了各參與單位及科室對數據、信息和資源的集成與共享的要求越來越高。 但目前煤礦安全管理鏈條上的各單位仍各司其職，缺乏有效的數據、信息和資源的傳輸 和交流，相互配合程度較低，導致安全管理數據和信息資源在煤礦安全管理和使用過程 中存在滯后和片面等問題，使得整條鏈上各個參與主體仍然處在各自封閉的“信息孤島” 之中，如圖 3.6 所示。
圖 3.6 煤礦信息共享圖
這些問題的存在也使得傳統煤礦安全信息管理上各主體之間缺乏信任、安全信息無 法有效共享。因此，如何調整當前煤礦安全信息管理模式，使其與當今信息化建設發展 的趨勢相契合成為煤礦安全信息管理工作的關鍵。
煤礦安全管理系統運行中從人、機、環、管角度，需要解決的問題包括：
3.2.1人員信息層面
煤礦安全管理的核心就是人員管理，企業為實現職工安全素質與崗位相匹配，企業 在獲取職工的學歷、能力與經驗等安全信息面付出了大量成本［77］。但是一方面，職工有 可能隱瞞其真實安全素質信息，造成信息失真。另一方面，在企業內部，職工的安全培 訓、安全考核、證書獎勵、三違記錄等安全信息，由不同部門記錄。各個部門之間信息 記錄與傳遞標準不同，妨礙部門之間的職工安全信息互通。由于上述原因，煤礦掌握的 信息不足，人崗匹配不足，引起事故風險不斷［78］。
3.2.2機械設備層面
當前，我國煤炭企業的機械化程度越來越越高，設備的安全性是保障煤礦安全生產 的必要條件，但是傳統的煤礦設備管理缺乏一個開放可信任的信息資源管理［79］。設施管 理系統運行中需要解決的問題包括：
（1）設備性能可靠性基礎
如果設備發生故障，必須快速修復。為實現這一點，備件必須隨時可用，或者必須 有一個可靠的系統來快速采購備件。在與主要設備制造商或者同型號煤礦共享備件管理 系統情況下，可以更快地獲得儲備配件。
（ 2）設備故障信息及時性
設備所有的故障歷史都應該準確、及時地記錄和管理，但由于情況的嚴重性，在發 生意外故障的情況下，準確地記錄情況可能并不容易。此外，煤礦設施的運行、故障和 維護記錄應按照有關管理部門的規定報告，以免產生掩蓋故障的嫌疑。
3.2.3作業環境層面
由于井下開采環境復雜，隨采動不停變化，為保障煤礦安全開采，需要布置各種傳 感器和其他裝置對礦井環境進行有效監測，并將監測數據發送到監測中心，從而實現對 監測信息的融合，了解綜合環境，做出判斷，減少事故的發生［80］。煤礦環境監測數據目 標主要有自然環境、生產環境（包括通風、礦壓、瓦斯、粉塵等）。環境信息的真實性 和可靠性是保證煤礦安全開采的前提，但在實際監測過程中，一方面監測數據上傳、藕 合等環節中存在信息被竊取、惡意篡改等安全問題，另一方面，煤礦環境安全信息涉及 種類繁多，各監控子系統單獨承載相應的內容，現有的環境監測系統存在信息共享困難。
3.2.4組織管理層面
隨著時代發展，人們對煤礦安全要求越來越高。受生產環境變化、人員調動與技術 更新等因素影響，煤礦企業通過不斷完善管理制度與技術規范，來提高管理水平。但是 由于存在信息傳遞延遲、信息孤島等問題，各個職能部門缺少及時有效的信息交流和協 調配合，造成安全責任人的混亂，資源材料的浪費，安全工作不能順利交接。
綜上所述，在傳統安全信息管理系統中，安全信息各監控子系統單獨承載相應的數 據，各個職能部門之間依然存在安全信息缺失，信息傳輸不及時，信息不透明等問題。 煤礦井下安全信息包括設備運行參數、環境參數、井下人員信息等海量信息數據。目前 安全信息的采集、記錄與上傳，主要是通過傳感器和井下相關人員來完成，但由于檢測 人員的疏忽以及信息上傳過程中缺少驗證，導致信息采集過程中可能會出現錯誤，相關 人員會進行隱瞞等一系列問題為安全事故的發生埋下了隱患。這就需要一種去中心化的 分布式驗證手段來解決上述問題。因此如何以信息化推動安全管理現代化，是提高煤礦 安全管理能力的關鍵。
3.3 區塊鏈技術與煤礦安全信息管理的契合性分析
通過分析煤礦安全信息管理現狀特征，為實現煤礦安全生產的各參與部門之間安全
信息實時共享、解決信息孤島等問題，以區塊鏈技術為基礎，結合多主體協同、共同信 任機制、多節點制定智能合約等管理特征，提升煤礦安全信息管理績效。因此，可從三 個方面對區塊鏈與煤礦安全信息管理的契合關系進行分析，即參與主體、信任機制和智 能合約，如圖 3.7 所示。
圖 3.7 區塊鏈與煤礦安全信息的契合性分析
（1）參與主體契合
應用區塊鏈技術的目的是客觀和透明地管理信息的登記和處理結果，不是集中管理， 而是分散管理。這樣做，特別是對于煤礦企業，保證了各參與主體間平等的信息交換以 及信息交換的透明。煤礦安全信息鏈上的各業務部門、職能部門、監管部門在煤礦安全 生產過程中在產生安全信息的同時也獲取其他主體部門、單位的安全信息，各主體通過 安全信息的共享保障煤礦安全鏈的正常運行。區塊鏈“去中心化”的特征符合煤礦安全 上各主體安全共享的需求，各主體之間平等地進行安全信息的交換和儲存，享有同等的 權利和義務。可見，安全信息管理和區塊鏈在部門主體上存在契合關系。
（2）信任機制契合
區塊鏈的信任機制能夠為煤礦安全管理的各參與安全生產的主體部門的信息存儲、 交換和更新提供可靠的信任基礎，打破了安全信息不對稱、不可信的僵局。它控制與數 據類別和期間相關聯的權限的有效性。同樣，共享事件的信息數據也不能超出預先確定 的權限。這是通過實現鏈碼來保證的。同時，針對煤礦安全管理上各主體間眾多的協調 管理工作以及推脫事故責任等不良行為，引入區塊鏈系統的“共同信任”機制，每個部 門節點將自己的安全信息和安全接收信息加載到區塊鏈系統中，以便相互驗證。對安全 信息進行有效的記錄和驗證，以減少或消除由于不同部門節點之間缺乏信任而導致的信 息損失，提高安全信息共享的安全性。由此可見，煤礦安全信息管理與區塊鏈在信任機 制上存在著對應關系。
（3）智能合約契合
煤礦安全故管理鏈條上各主體之間可根據共識機制制定共同認可的智能合約代替 傳統的安全標準規范和交易標準等條款，合約通過 P2P 網絡擴散并存入區塊鏈中，能夠 自動識別并執行。這就有效減少了煤礦安全信息鏈條上各主體因個人因素導致的“安全 信息失真、篡改”問題，并簡化了各主體之間協同管理的方式，降低了煤礦企業部門間 溝通協調的成本，提高了安全管理效率。可見，煤礦安全信息管理和區塊鏈在智能合約 上存在一定的契合關系。
3.4PEST 環境分析
物聯網、大數據、云計算等新興技術帶動了全球信息化的發展，各行各業不斷推進 本產業的現代信息化管理，以求提高管理效率。本節采用 PEST 法［81（］ P 是政治 politics， E是經濟economy, S是社會society, T是技術technology）對區塊鏈技術在煤礦安全信 息發展環境進行分析：
圖 3.8 PEST 模型
（ 1 ）政治環境
區塊鏈自 2016 年以來在我國快速發展，各個領域都在積極尋求著對區塊鏈技術的 應用。十四五規劃中指出，推動區塊鏈技術創新，以聯盟鏈為重點發展區塊鏈和其他領 域應用方案。國家明確了以物聯網、大數據、人工智能、區塊鏈和其他行業結合的方向， 并且國家煤礦安監局在《煤礦安全信息化建設及應用工作推進》中表示指出推動煤礦信 息化建設，實現各系統信息共享交換，利用好信息化手段開展遠程監督。
（ 2）經濟環境
根據國家統計局發布的 2020 年國民經濟和社會發展公報，原煤產量 39.0 億噸，比 去年增長 1.4%，煤炭消費量占能源消費總量的 56.8%，下降 0.9%。煤炭消費占能源消 費總量百分比略有下降，但是煤炭作為我國主要能源消費資源的主要位置不變。煤炭是 一種不可缺少的重要資源，是電力的重要來源，我國每年對電力的需求不斷上漲，導致 煤炭的需求也在不斷增加。當前經濟環境通過數據分析，有利于區塊鏈技術在煤礦安全 信息管理中的應用。
（ 3）社會環境
隨著人們生活水平的提高，獨生子女逐漸參與到煤礦工作中來，人們對煤礦安全水 平有了更高的期待。因此提高煤礦安全管理水平，是煤礦近年來迫在眉睫的事情，推動 煤礦行業信息化，加強安全信息共享，提高煤礦安全水平，也是整個社會的期待。
（4）技術環境 信息技術的發展決定了企業信息化程度的高低。“十三五”期間，一大批煤礦信息 化應用落地，并入選國家智能制造、制造業與互聯網融合發展、工業互聯網APP等試點 示范項目。礦山信息化正處于建設時期，煤礦信息化水平正在逐年提高，有利于區塊鏈 技術在煤礦安全信息中的發展。
但是由于煤礦環境特殊，很難吸引高質量信息化人才。并且煤礦信息化的特殊性在 于，煤礦信息化需要同時精通信息化技術、煤礦安全管理技術的綜合型人才。但現行高 校內的綜合性人才較少，這點不利于區塊鏈技術在煤礦企業的落地。
綜上所述，推動煤礦安全信息化符合國家推動信息化的要求，國家不斷推出法律法 規為煤礦安全信息化提供保障，煤礦需要量多，為煤礦安全信息化提供了經濟保證。社 會方面，人們對安全的要求越來越高，有利于煤礦安全信息化的提升。但是由于煤礦環 境特殊，很難吸引高水平信息化人才，人才隊伍建設煤礦安全信息化建設中亟待解決的 問題。
3.5基于區塊鏈技術的煤礦安全信息管理的思路
由上所知，煤礦安全信息管理涉及多種系統，信息內容復雜，信息數量巨大，為實 現煤礦安全信息的準確傳遞、快速共享，為安全管理提供有準確依據，需要統一的平臺 將多種系統的有效信息進行整合。
基于煤礦安全管理體系，基于區塊鏈技術的煤礦安全信息管理平臺的架構思路就是 整合煤礦各類信息、動態類信息和靜態類信息、結構化信息和非結構化信息等，同時以 煤礦統一的信息平臺作為煤礦各參與部門信息交互的載體，將煤礦各參與部門和現場信 息設備的信息有效集成起來，進行煤礦安全信息的交換和傳遞，實現煤礦安全信息的管 理，同時要確保煤礦安全信息的安全性，思路如圖 3.9 所示。
數據 統計 信息 信息 預測 決策
查詢 管理 匯總 管理 預警 支持
信息分析與決策
基于區塊鏈技術的煤礦安全信息管理平臺
安全
信息
集成
圖 3.9 基于區塊鏈技術的煤礦安全信息管理的思路
3.6本章小結
本章對煤礦安全信息系統進行了重點研究，得出以下結論：
（1） 基于煤礦事故軌跡交叉模型，從人員、設備、環境以及管理四個方面，分析了 煤礦安全信息的主要特征，并且依據安全事故要素、生產系統的不同，對煤礦安全信息 進行了分類。
（2） 在分析煤礦安全信息管理特征的基礎上，并且從人員、設備、環境、組織管理 四個方面，對現行安全信息管理面臨的困難進行了具體分析。
（3） 基于上章的區塊鏈技術的技術特征，對區塊鏈技術應用到煤礦安全信息管理 上契合性進行了分析，以此提出區塊鏈技術應用于煤礦安全信息管理的具體思路，為下 一章的展開奠定了基礎。
4基于區塊鏈技術的煤礦安全信息管理模型
基于前文對區塊鏈技術基礎模型以及特點、其他領域對區塊鏈技術的應用模式的借 鑒。在上一章節中，對區塊鏈技術在我國煤礦安全信息管理中應用進行了契合性分析和 PEST 分析，分析了我國煤礦安全信息管理現已具備的應用區塊鏈的各項條件，這是本 章的基礎和前提。本章節將分析煤礦安全信息管理應用區塊鏈技術的系統架構和功能， 采用哪些關鍵技術以及該如何實現應用。區塊鏈技術可以推進煤礦安全信息管理整合煤 礦安全管理各節點實時數據信息，重點集中于安全信息獲取、儲存與共享。
4.1煤礦安全信息區塊鏈類型
區塊鏈經過不斷的發展和完善，根據不用的應用場景和門檻，有不同的區塊鏈形式，
按參與節點共識分類，可分為：公有鏈、聯盟鏈、私有鏈，如表 4.1 所示。
表 4.1 區塊鏈分類及其特點
公有鏈 聯盟鏈 私有鏈
公共（無許可）鏈是一個完全分散的區塊鏈。允許任何人訪問區塊鏈網絡并向其發 送交易請求，分布式系統的任何節點都可以參與鏈上數據的讀取、寫入、驗證和共識過 程，并可以根據貢獻獲得相應的經濟激勵。公共鏈最早出現，并傳播到許多學科。比特 幣是典型的公鏈。
私人（許可）鏈是一個中央集權的區塊鏈。鏈上數據的訪問權限由中央機關控制， 讀取權限可以選擇性地向公眾開放，主要用于內部數據管理或特定組織的審計。在存儲
機制方面，私有鏈和傳統分布式存儲機制差別較小。私人連鎖僅限于特定的組織或小企 業，針對一小組實體。
聯盟鏈是部分分布（多中心）的區塊鏈。每個塊的生成由預先選擇的節點共同確定。
其他節點只能訪問區塊鏈來負責事務，但不參與協商一致過程。通過共識協議，多個組 織可以聯合起來，為共同的目的構建一個聯盟系統。
基于煤礦企業組織結構的特點，區塊鏈技術選擇以聯盟鏈的形式實現。各部門或機 構通過審核后加入區塊鏈網絡，節點之間通過 P2P 網絡協議進行數據傳播與驗證；相比 較公有鏈基于證明的共識機制，這里選擇低延遲、無分叉、基于投票的 PBFT 或 Raft 共識機制。將智能合約以代碼的形式嵌入系統,通過智能合約自動處理相關的事務。為煤 礦安全信息構建去中心化的、可信共享的交換環境，為煤礦安全數據的共享、交換提供 了基礎。
4.2煤礦安全信息區塊鏈網絡節點研究
將煤礦安全信息管理與區塊鏈技術兩者相結合則稱為“煤礦安全信息區塊鏈”， 即在煤礦安全信息管理中，利用區塊鏈技術解決煤礦安全管理中的某個應用場景。基 于區塊鏈技術的煤礦安全信息管理，根據煤礦安全管理工作各環節的用戶類型，通過 在企業內各職能部門、監管部門、政府管理部門、專家部門等多個機構部署區塊鏈節 點，結合區塊鏈中的組網方式，對整個區塊鏈網絡共同維護和監理。本文設計了煤礦 安全信息區塊鏈網絡(Safety Information Blockchain Network, SIBN)。其模型示意圖 如圖 4.1 所示。
煤礦安全信息管理區塊鏈網絡中，有兩類區塊鏈節點參與煤礦安全信息的共享， 一類是 R 類型節點，該類節點負責為煤礦安全信息區塊鏈提供數據，一種是 N 類節點， 該類節點使用煤礦安全信息區塊鏈上數據。
在煤礦安全信息聯盟鏈中，節點部門不是固定不變的，隨著安全生產的進行，節點 也會不斷增減，所以應當設置一個節點審核的部門，即設置監測節點來控制允許加入節 點的 IP 地址，新的節點加入煤礦安全信息區塊鏈中時，監測節點在安全信息區塊鏈網 絡中廣播一條新節點地址的消息。每個節點在接收到信息后，首先驗證該數字簽名，判 斷該節點是否為企業節點，驗證成功后將新的 IP 地址存入本節點安全信息數據庫中， 這樣，新的節點就會添加到整個區塊鏈網絡中。
結合實際安全生產各工作環節中實際參與的用戶群體，可以將不同用戶劃分為以 下四類節點：
(1)煤礦安全信息需求節點Nodel。該類節點代表的用戶為煤礦安全數據的需求 用戶，屬于N類型的網絡節點。該類節點用戶包括煤礦企業普通職工、部門管理人員、 政府監督部門、高校專家等， N 類節點從煤礦安全信息區塊鏈中獲取安全數據。
(2)煤礦安全信息登記節點 Node2。 R 類節點是煤礦安全數據的信息提供用戶， 屬于登記信息的部門。包括分散于煤礦生產各個環節的數據提供者，也包括保存了個人 職工、各個生產科室、科研機構等，該類節點是煤礦安全信息區塊鏈網絡中的數據提供 者。
(3)煤礦安全主管部門數據監管節點 Node 3。該節點作為特殊用戶，不參與一般 的數據流通業務，主要負責對區塊記錄的正確性以及處理鏈上數據交換的問題，負責鏈 上數據的交易信息以及授權信息進行審計，發現違規行為，并及時處理，是SIBN中安 全信息資源數據的審核節點之一。
(4)有關煤礦安全管理的其他第節點 Node 4。隨煤礦安全管理的業務需求，按實 際情況設置其他節點。
上述的四類節點共同構成了 SIBN的節點群，其中各部門節點是提交安全信息上鏈 的主要節點。相同的安全信息點對點的傳遞給整個區塊鏈網絡，煤礦安全信息不再由傳 統的中心主體獨立儲存，而是存在一個對等網絡共享的數據庫中，煤礦安全信息不單獨 由中心點獨立存儲，而是在各個授權節點分布式保存。所有參與安全管理的部門在通過 授權節點認證后訪問煤礦安全信息，提高了煤礦安全信息的共享性、透明性和全面性， 保證了安全信息的可追溯性、真實性，這有助于加強煤礦安全信息共享，保證信息實時 響應，提高安全管理績效。
4.3系統架構與功能
4.3.1系統架構
在對區塊鏈技術與煤礦安全信息管理研究過程中，提出一種區塊鏈技術嵌入煤礦安
全信息管理架構模式，如圖 4.2 所示，該架構模式主要包括七層：作業層、基礎設施層、 數據層、網絡層、共識層、合約層和應用層。
安全安全信息共享、安全信息無篡改、有效協調溝通
智能合約（業務邏輯處理、數據記錄和管理、訪問控制...）
圖 4.2 基于區塊鏈技術的煤礦安全信息管理架構
其中，作業層、基礎設施層和數據層是基礎層，網絡層、合約層和共識層是核心層， 應用層主要是煤礦各節點部門之間進行安全質量信息的協同交互。通過該架構模式將煤 礦安全各環節的信息協同交互關系進行描述，具體內容如下：
( 1 )作業層
作業層是指煤礦安全生產過程中人員管理過程、設備設施管理過程、環境管理過程 和資料規章管理過程的全過程安全鏈，是煤礦安全信息數據的來源。
( 2 )基礎設施層
基礎設施層主要是指在煤礦安全生產能過程中用于煤礦安全數據信息采集所需的 基礎設施，幫助各科室主體更快地獲取安全信息，指導煤礦開采實踐，主要包括了 RFID 讀寫器、傳感器(瓦斯、粉塵、溫度)和視頻監控、GPS、GIS、其他智能終端等設施。該 層所采集的煤礦開采安全鏈條上各工程主體在生產過程中所產生的關鍵安全數據信息， 并將其傳至數據層。比如機器設備的傳感器、物聯網等技術，可以獲取設備的實時狀 態，保證設備的安全運行。
( 3)數據層 在區塊鏈中，主要包含了人員安全信息、設備安全信息、環境管理信息、組織管理 等安全信息。安全鏈條上的各節點保存了一份關于安全鏈的基礎數據，從基礎設施層節 點獲取的煤礦安全信息，在經過節點不對稱加密和時間戳打包后，上傳到區塊鏈分布式 賬本中，在整個系統中對每一個創建、刪除和更新都有一個完美的記錄。整個區塊鏈系 統確切地知道信息的來源。實現準確的數據收集、輸入、存儲和分析。
( 4)區塊鏈技術層 區塊鏈技術層通過分布式賬本、網絡服務、智能合約、傳播機制等技術，保證數據 區塊在各節點部門存儲傳播。加密驗證的自動化系統交互，獲得時間優勢，保證煤礦企 業內部各部門用戶、監管機構能夠快速獲得安全信息，提高相關信息在煤礦安全信息區 塊鏈網絡中快速更新、響應。同時，授權節點和被授權節點都要承擔數據區塊驗證和廣 播的任務。
( 5)共識層
共識層包含了區塊鏈系統的共識算法，由于煤礦安全管理鏈具有多中心的特點，此 層區塊鏈主要使用改進的股份授權證明機制。它允許安全鏈聯盟中的節點部門共同投票 選出授權代表，設置授權節點，授權節點可負責管理其他節點部門、單位。
( 6 )合約層 合約層主要由各類腳本代碼、算法和智能合約共同組成。各參與主體根據煤礦安全 管理標準和安全管理辦法約定合約的相關內容及觸發條件，在區塊鏈網絡中設置智能合 約，在合約條件滿足時，出發智能合約，系統自動執行相應操作。
( 7 )應用層 應用層是煤礦安全信息管理應用場景的實現，承載各部門主體在區塊鏈網絡中進行 的煤礦安全信息交易。在接入區塊鏈網絡后，提高各主體部門在點對點傳播信息過程中 信任性，提高交易信息的安全性和企業信息的真實性，促進整個煤礦安全信息系統整體 效率的提高。
4.3.2系統功能
本文基于通過大量調研，研究了煤礦安全信息的特點、分類、透明化現狀，提出了 基于區塊鏈技術的煤礦安全信息管理模式，以實現對已揭露安全信息的高效管理、實時 準確更新和快速共享。基于區塊鏈技術的煤礦安全信息管理要能涵蓋煤礦安全管理工作 的各個環節，并且能保存各個環節產生的需要儲存的安全數據，為煤礦安全管理調控、 決策、監督提供信息支持。煤礦安全信息區塊鏈最終可實現以下幾點：
(1)獲取全過程安全信息，實現煤礦開采全周期的安全信息管理
本系統利用區塊鏈的各參與方共同維護數據庫的特點，并通過RFID、物聯網、環 境監測技術采集煤礦開采現場安全信息。將開采全過程中的關鍵安全活動信息，以及活 動要素包括人、材、機、方法、環境以及安全檢查信息上傳至區塊鏈數據庫中，將所有 安全信息鏈形成過程進行保存，分布式數據庫的特點是透明，因為所有節點都有區塊鏈 的副本，每個實體都可以看到發生了什么事件，過去發生了哪些事故，以及所有過程的 記錄。在出現事故問題時，對區塊鏈上記錄的安全信息進行追溯，查找事故的根源，提 高煤礦企業在面對安全問題時的響應速度和解決問題的能力，因此基于區塊鏈技術的煤 礦安全信息管理應具備記錄全過程安全信息的能力，保障安全管理人員根據全過程信息 記錄做出安全決策，并在事故發生后，提供追溯功能。
(2)煤礦安全信息即時共享
煤礦開采是一個動態變化持續發展的過程，煤礦開采周期較長，而且需要多方部門， 共同參與協作，參與安全管理的人員專業來源廣泛。在煤礦安全內部生產系統，安全生 產系統外部還涉及，政府監管、應急管理等多個外部系統。在開采過程中，各方所獲取 的煤礦安全信息都各不相同，如何對安全信息進行有效的交流與共享，如監管方在安全 檢查過程中獲得煤礦開采方信息等。因此，各參與方根據自身的責任與需求，以安全數 據庫為信息交互中心得到信息的即時共享，與此同時數據庫中的安全信息在參建各方進 行信息交互的同時也不斷的得到更新，避免了方之間由于信息溝通障礙造成的信息缺失 問題，最終在各參與安全生產單位、科室之間形成一個良好的信息安全交互渠道。
(3)煤礦信息安全可靠防篡改，安全責任認定準確
當前煤礦安全管理資料很多以紙質文件為主，很多資料都不是實時填寫，而是為了 應付上級檢查進行彌補的，因此資料上的信息不具有時效性和真實性，一旦發生安全事 故，實際安全責任人難以確定，不利于安全信息的查找和安全責任的認定。區塊鏈技術 保存的煤礦安全信息一旦上傳數據庫就無法輕易修改，即使發生修改，修改痕跡也會記 錄在區塊鏈中，并且每條煤礦安全信息都包含時間戳，保證了煤礦安全信息的時效性和 準確性。一旦發生事故，在煤礦安全信息區塊鏈上，可以迅速判斷失誤時間和事故責任 人，同時，提升了職工安全責任意識。
區塊鏈技術可以以提高煤礦安全信息的透明度和可追溯性。由于每筆交易在區塊鏈 生態系統中都是可見的，因此從追溯每條安全信息的真實性很容易。例如，在操作和維 護階段，如果發現設備的嚴重缺陷，整個設備的歷史記錄從進廠到最終調試，都是可用 的。由于存儲在區塊鏈系統中的所有記錄都是真實的和不可編輯的，因此可以快速識別 和確認發生缺陷的責任方，而無需繁瑣的爭論。
（4）實現外部專家與煤礦企業之間的信息透明化
該平臺在煤礦企業和專家之間構建了一座透明橋梁，在煤礦企業授權的情況下，煤 礦安全管理所涉及數據信息能夠被專家用戶實時快速的跟蹤獲取，不僅能夠減少專家到 煤礦現場的次數，實現煤礦安全技術問題的遠程交流和解決，同時，有助于煤礦企業的 安全問題快速解決，提高了雙邊的工作效率。
（ 5）實現政府對煤礦安全開采的遠程監督與抽查
我國政府對煤礦安全監督工作十分重視，對煤礦安全監督一方面在建設各階段對科 室的安全行為進行監督，主要通過對安全資料文件進行核查來保證各參科室的安全行為， 安全資料一般包括煤礦安全生產制度、標準化流程規范、煤礦的月度、季度、年度安全 計劃、安全管理會議記錄、煤礦應急預案等其他文件，應使得政府部門在對備案資料進 行隨時審查的同時，加強對安全信息形成過程的把控，充分發揮各單位安全管理主導地 位的同時對煤礦安全開采進行遠程監督審查，節約了大量的人力物力。
4.4安全信息共享流程
4.4.1智能合約
基于區塊鏈技術的煤礦安全信息管理架構模式，在項目各參與方共同參與制定一 份合約，然后通過 P2P 網絡在區塊鏈中傳播存儲，從而形成煤礦安全信息管理的模式 運作流程如圖 4.3 所示。具體分析如下：
區塊鏈支持的合同，也稱為智能智能合約，是一種可以自己執行部分功能的協 議。首先在煤礦安全管理各參業務部門、職能部門、監管部門等多個機構構建區塊鏈 節點，驗證和增加新節點，獲得相應公鑰和私鑰，以此作為各參與主體確定身份的標 識，并確保其在區塊鏈中的有效性。然后，區塊鏈授權節點由節點部門通過相應共識 機制選出，授權節點負責智能合約的輸入。
智能合約對數據進行處理后，區塊鏈節點會將數據寫進區塊鏈中。進行全網廣 播，其他節點會對其數字簽名與信息摘要進行驗證，驗證通過后會通各部門通過相應
的節點接入區塊鏈網絡后，區塊鏈上的節點將數據上傳至區塊鏈。啟用區塊鏈的合同 可以以不可編輯的格式存儲。加上自動執行的代碼，任何一方都沒有權力篡改或阻止 合同的執行。
授權節點 授權節點
A B
匸二二匚
節點1 節點2 節點3
圖 4.3 智能合約運作流程
4.4.2數據采集
本節針對于安全信息的采集進行說明，基于區塊鏈的煤礦安全信息管理的關鍵是 選擇合適的節點，然后采集能夠反應煤礦安全生產狀態的信息加以集合分析判斷。
煤礦安全信息的錄入方式有兩種，第一種是由各職能部門參與到煤礦安全區塊鏈 網絡節點進行上傳，比如文檔類、會議記錄、證書記錄等，第二種是通過 RFID 、傳感 器進行信息的收集，比如設備狀態信息、環境狀態信息。
下面將具體分析通過設備傳感器為例，進行信息錄入的方法：設備檢測是通過判 斷檢測數據的數值是否在合理范圍內，決定是否需要發出報警信號如圖 4.4 所示，需要 檢測的數據主要包括：電機的電流、電壓溫度、提升機運行速度等，監測數據說明， 如表 4.2：
表 4.2 監測數據說明
名稱 數據類型 說明
溫度傳感器 模擬量 溫度過高容易燒壞電機
電壓傳感器 模擬量 電流異常說明電機異常
報警裝置 開關量 報警代表設備出現故障，0 代表報警開啟
震動頻率 模擬量 震動頻率判斷水泵運行狀態
圖 4.4 設備監測報警流程
首先對煤礦進行區域劃分，生成區域編號。在劃分的每各區域設置采集基站（因 為傳感器監測數據內存較小，所以在每個區域內設置采集基站）。通過預先對煤礦設 備按照區域，比如某巷道進行劃分，統計編號生成設備ID,接入計算機實現數據的采 集。并且按照提前設置好的格式為數據添加上相應的區域，參數類型等信息，例如｛巷 道：xx,設備ID,溫度：xx｝，最后將數據打包，如表4.3所示。最后各區域采集基站 通過網絡連接，如圖 4.5 所示。
• 傳感器
圖 4.5 數據采集示意圖
表 4.3 采集數據統計
區域 設備 數據類型 個數
區域 1 溫度傳感器 溫度 27
區域 2 電壓傳感器 電流 32
區域 3 震動傳感器 頻率 34
區域 4 報警器 報警 9
4.4.3數據儲存
區塊鏈中的數據區塊記錄了當前時間段內所有的煤礦安全信息交易，數據儲存是煤 礦安全信息管理的關鍵步驟。在節點處采集到的安全信息，節點通過共識機制產生新的 煤礦安全信息區塊，然后向區塊鏈廣播，傳輸信息，其他節點收到安全信息后，對其進 行驗證，驗證通過后，可連接到區塊鏈中。
數據在區塊鏈中儲存的過程，包括以下五個步驟（以設備基本信息上鏈為例）。
（1） 建立電子信息。該信息包括設備廠家、設備型號、設備安裝日期、技術特征等 信息。
（2） 給數據加密。在節點處對信息進行非對稱加密技術，加密完成后，將信息傳輸 到其他區塊鏈網絡節點，并告知其他用戶各自的公鑰和私鑰密碼。
（3） 在區塊鏈網絡中，實時廣播交易信息。
（4） 包含交易信息的塊添加到所有分布式賬本中。它根據時間順序將數據塊關聯 在一起，以上一區塊的交易記錄為基礎，按照區塊生成原則，將新區快寫入區塊鏈中， 保證數據庫的完整性。
（5） 驗證交易的記錄。由于網絡參與者事先達成一致，并決定適合其要求的共識機 制，網絡中的每個背書節點都運行相同的共識算法。其他節點驗證新信息是否與區塊中 的哈希值相對應，如果是，就將新區塊連接在區塊鏈尾端；如果不是就拒絕，并將此消 息傳遞給其他節點，用流程圖表示如圖 4.6。
圖 4.6 區塊添加示意圖
煤礦安全信息鏈中保存的是區塊鏈中各信息提供節點提交完成的煤礦安全信息，保 存在區塊鏈中的數據結構如圖 4.7 所示。
區塊頭中包含的信息有：
（1） 上一區塊的哈希值： Hash 值是上一區塊信息的壓縮值，用于連接上一區塊， 前一區塊的任意變化都會都會引起該 Hash 值的變化；
（2） 時間戳：該區塊形成時間，使該區塊具有時間屬性；
（3） Merkle 根：區塊體中存儲的煤礦安全信息數據經過連續哈希運算得到的 Merkle 根；
（4）區塊高度index：高度代表該系統中區塊數量，每產生一個區塊高度加1。 區塊體中包含著煤礦安全信息實際數據，根據所屬部門可以將區塊體中的數據分為 人、機、環、管四類。
上一區塊 的哈希值 時間戳
Merkle根 區塊高度
Index
4.4.4數據共享
假定訪問請求者 A 向數據持有者 B 對某一安全信息進行訪問數據共享過程從數據 處理者的角度來說，可以分為三步如圖 4.8 所示。
（1）發送共享訪問請求。
訪問請求者 A 向數據持有者 B 發送其所需要的安全數據訪問請求，該請求信息包 括訪問數據的索引、訪問數據的目的、次數以及時間戳，并用的公鑰對其進行加密處理。
（2） 處理共享數據。
數據持有者 B 驗證訪問請求者 A 的合法身份信息，若 A 為合法的身份，則首先用 私鑰對進行解密，檢查時間戳，隨后對數據進行加密處理。執行相應的智能合約后，將 數據發送給 A。
（3） 訪問共享數據。
A 收到 B 發送的數據后，用私鑰對加密數據進行解密，從而得到想要查詢的安全 數據。
圖 4.8 數據共享流程
4.5 本章小結
本章主要研究了基于區塊鏈技術的煤礦安全信息管理模型，得出以下結論：
（1） 介紹了區塊鏈的三種類型，選取聯盟鏈構建煤礦安全信息區塊鏈，制定安全區 塊鏈的網絡節點模型,并對對煤礦安全信息區塊鏈內的網絡節點進行分類、定義。
（2） 構建了基于區塊鏈的煤礦安全信息管理模型，從作業層、基礎設施層、數據 層、網絡層、共識層、合約層和應用層分析了模型的構成，并介紹了模型功能。
（3） 對安全區塊鏈中智能合約、以及安全信息采集、儲存、共享機制進行了具體分 析，從而在技術上論證了煤礦安全信息管理應用區塊鏈技術的可行性，為進一步實證研 究提供了基礎。
5區塊鏈下的信息管理機制
煤礦安全不僅關系著人們的生命財產健康，也關系著煤礦企業機構的正常運作以及 財產安全。通過煤礦安全信息管理，可以實時對企業內安全狀況進行監控，及時發現安 全隱患，采取措施，比如對職工進行安全信息管理，可以及時判斷職工安全素質，進而 采取安全培訓教育等措施，對煤礦設備的安全信息管理，工作人員可以及時發現設備出 現的運行故障，進而及時維修，保證設備可以安全使用；同時對環境安全信息的管理， 通過采集瓦斯、粉塵、溫度等信息，判斷環境是否異常；對組織規范的安全信息管理， 可以及時共享新的規范流程。安全信息的快速共享和不可篡改性，對煤礦安全管理至關 重要。通過對煤礦安全信息的實時共享和管理，有助于降低工作面周圍人、設備以及環 境所產生安全信息共享的不對稱性，有利于提高工作面外部生產環境更大范圍的透明化。
前文所建立的基于區塊鏈的煤礦安全信息管理模型，將充分利用區塊鏈的去中心化， 分布式，共同維護，不可篡改等特性解決信息失真、信息共享困難等問題。同時，跟隨 煤礦安全信息的積累與信息挖掘利用，有助于實現煤礦人、物、料、法、環等更高維度 的透明化。由于煤礦安全信息復雜，接下來將從人員、設備、環境、組織管理、監督監 管五個方面分析區塊鏈的特性。
5.1煤礦安全信息管理區塊鏈功能
區塊鏈數據庫是以區塊鏈技術為基礎的，煤礦安全管理的各參與部門和現場布置的 監測點都可以抽象為數據庫的分布式儲存節點，這些節點是經過認證的可靠信息來源。 各參與部門作為區塊鏈節點向數據庫傳送煤礦安全信息，上傳包括人機環管等信息。例 如設備信息由機電科等通過所在的區塊鏈節點上傳至區塊鏈中，環境信息由通防科等所 在的區塊鏈節點上傳至區塊鏈中。
煤礦安全信息管理包括人員信息模塊、設備信息模塊、環境信息模塊、組織管理模 塊。通過物聯網技術、人工輸入等收集各個環節的數據，將煤礦安全生產鏈上的各個環 節連接起來，提供煤礦安全生產的全流程安全信息，包括溯源、監管等信息。下面詳細 總結各環節的安全信息內容。
（1） 人員信息模塊：主要信息有企業職工的基本信息。
（2） 設備信息模塊：主要信息有設備基本信息、設備維修保養升級改造信息、設備 運行監測信息。
（3） 環境信息模塊：主要信息有各類傳感器信息。
（4） 組織管理模塊：重要的安全管理制度、工作面設計以及操作規程、安全技術措 施、安全風險辨識評估報告與臺賬、應急預案、隱患排查治理信息臺賬、、災害預防與 處理計劃。
本文構建的是基于區塊鏈技術的煤礦安全信息管理，下面從人員、設備、環境、組 織管理、政府監管五個方面對文章構建的方法進行闡述。
5.1.1基于區塊鏈技術的人員信息管理
基于區塊鏈技術的職工安全信息管理，將區塊鏈和現有的系統耦合，將職工從參與 安全生產的整個過程的安全信息的收集、傳輸、分析和查詢有機地結合起來。煤礦職工 安全信息管理功能模塊框架如圖 5.1 所示。
圖 5.1 人員管理模塊框架
在信息采集階段，通過運用員工打卡定位系統（員工打卡后，員工打卡系統將打卡 信息、打卡時間、員工所在位置一同儲存至區塊鏈）、獎懲記錄系統（員工在企業內外 參加比賽或考試獲得的獎勵獎章等）、教育培訓系統（員工在參加培訓后，培訓部門將 培訓時間、地點、內容、結果等信息存儲至區塊鏈中）等，采集有關煤礦職工的安全信 息等。
在信息傳輸處理階段，采集的安全信息通過不對稱加密技術、時間戳等保存到區塊 鏈上，各個環節的職工安全信息集合，每一個數據區塊都在驗證后與前一個加密鏈接（使 其顯而易見），隨著新數據區塊的增加，舊數據區塊變得更難修改（產生防篡改），形成 全過程煤礦安全信息鏈條。
在信息查詢階段，通過區塊鏈查詢終端等獲取煤礦安全信息流向和反饋，減少了因 信息不對稱而造成的產量波動。職工可以通過企業 APP 等移動端，輸入自己的員工賬 號，隨時獲取自己的職工安全信息。
區塊鏈技術可以為安全管理決策提供有效的支持信息，提高職工安全信息的使用率 和效率。通過構建一條由人力資源部門、培訓部門、安環部、職工等多方參與維護的煤 礦職工安全素質信息鏈條，如圖 5.2 所示，將職工的安全素質信息全部上鏈。為煤礦職 工調配和管理、煤礦職工安全素質評價、績效考核和薪酬發放上提供全面、真實、可靠 的職工安全素質信息，有效解決人力、物力和財力成本,提高安全管理效率，增加可信度。
圖 5.2 區塊鏈在人員管理中數據結構
5.1.2基于區塊鏈技術的設備安全管理
設備安全信息管理模塊將區塊鏈和現有的系統耦合，將煤礦設備從參與安全生產的 整個過程的安全信息的收集、傳輸、分析和查詢有機地結合起來。煤礦設備安全信息管 理功能模塊框架如圖 5.3 所示。
圖 5.3 設備管理模塊框架
在信息采集階段，通過運用物聯網中的RFID、傳感器等技術，采集采購、檢查、測 試、校準、維修、更換以及設備租賃等各個階段的設備安全信息。
在信息傳輸處理階段，采集的安全信息通過不對稱加密技術、時間戳等保存到區塊 鏈上，各個環節的設備安全信息集合，每一個數據區塊都在驗證后與前一個加密鏈接（使 其顯而易見），隨著新數據區塊的增加，舊數據區塊變得更難修改（產生防篡改），形成 全過程煤礦安全信息鏈條。
在信息查詢階段，通過區塊鏈查詢終端等獲取煤礦設備安全信息流向和反饋，輸入 每個設備的設備編號或者其標識碼，就可查詢到自己所需的生產信息和監測信息，減少 煤礦設備信息不對稱而造成的經濟損失。
設備安全管理是一個復雜的系統工程，把設備生產廠家、設備管理部門、同型號設 備的其他煤礦都統一上鏈，參與到設備的更新和維護環節中，如圖 5.4 所示，在維護檢 測中做到，做到凡是檢測必有人名，落實安全責任制。基于區塊鏈技術的設備安全管理， 可以實現設備從出廠到報廢的全壽命管理區塊鏈的時間戳功能和可溯源技術可有效解 決煤礦設備的追蹤溯源問題，減少假冒產品被用作零備件。
圖 5.4 區塊鏈在設備管理中的應用
在煤礦安全管理上使用區塊鏈技術的目的是客觀、透明地管理安全信息和處理結果。 區塊鏈的分散管理可以防止操作員隨意篡改數據來掩蓋操作員的失誤或錯誤，并監控在 發生事故時是否采取了適當和必要的措施，實現事件和故障監控的精確和透明性。區塊 鏈技術可以確保故障響應措施安全、快速地實施，并準確地向監管機構報告。通過區塊 鏈技術，預先指定的信息和數據可以自動上報相關部門，方便有關部門及時處理故障。
5.1.3基于區塊鏈技術的環境安全管理
環境安全信息管理模塊將區塊鏈和現有的環境監測系統耦合，將煤礦設備從參與安 全生產的整個過程的安全信息的收集、傳輸、分析和查詢有機地結合起來。煤礦環境安 全信息管理功能模塊框架如圖 5.5 所示。
圖 5.5 環境管理模塊框架
在信息采集階段，通過在開采環境中部署傳感器的方法，運用物聯網技術，實時采 集有關粉塵、瓦斯、溫度等各類環境安全信息。
在信息傳輸處理階段，采集的安全信息通過不對稱加密技術、時間戳等保存到區塊 鏈上，各個環節的環境安全信息集合，每一個塊都在驗證后與前一個加密鏈接（使其顯而 易見），隨著新數據區塊的增加，舊數據區塊變得更難修改（產生防篡改）。形成全過程煤 礦安全信息鏈條。
在信息查詢階段，通過區塊鏈查詢終端等獲取煤礦環境安全信息流向和反饋，減少 了因信息不對稱而造成的決策失誤。
歷史數據的真實性是檢測礦井環境安全的基礎，因此必須在煤礦檢測系統中保證數 據的可靠性、完整性。把傳感器作為感性節點，將一段時間內感應到的數據（瓦斯濃度、 粉塵濃度、一氧化碳濃度、溫度等），發送至采集基站（具有數據整合、分類、傳遞的 功能），在區塊鏈的保證下，產生的數據在驗證后，通過分布式賬本，完整、準確的上 傳至區塊鏈，數據錄入如圖 5.6 所示。區塊鏈的鏈式結構可以保證傳感器感知節點身份 信息不可篡改，確保傳感器感知節點的有效性，使區塊鏈的身份證認證安全可靠。所以， 某一類型的監測數據就能方便準確的被查到歷史數據，通過查詢歷史記錄就可以對井下 某一范圍內監測項目進行追蹤分析。
圖 5.6 環境監測數據錄入
5.1.4基于區塊鏈技術的組織管理
組織管理管理模塊將區塊鏈和現有的組織管理系統耦合，將煤礦設備從參與安全生 產的整個過程的安全信息的收集、傳輸、分析和查詢有機地結合起來。煤礦環境安全信 息管理功能模塊框架如圖 5.7 所示。
圖 5.7 組織管理模塊框架
在信息采集階段，通過錄入重要安全規章制度、技術規程、危險源辨識系統、、隱 患排查系統（隱患錄入、整改、復查、查詢過程中產生的安全信息）、應急救援系統（企 業制定的應急救援預案及臺賬等信息存儲至區塊鏈中）等，采集有關煤礦組織管理的安 全信息等。
在信息傳輸處理階段，采集的安全信息通過不對稱加密技術、時間戳等保存到區塊 鏈上，各個環節的組織管理安全信息集合，每一個數據區塊都在驗證后與前一個加密鏈 接（使其顯而易見），隨著新數據區塊的增加，舊數據區塊變得更難修改（產生防篡改）。形 成全過程煤礦安全信息鏈條。
在信息查詢階段，通過區塊鏈查詢終端等獲取煤礦安全信息流向和反饋，減少了因 信息不對稱而造成的產量波動。企業高層和職工可以通過企業網頁或者移動端，獲取自 己的所需求的組織管理安全信息。
提高制度規范信息傳遞速度。區塊鏈在提高信息更新方面有天然的優勢，使安全制 度規范變更的參與者成為區塊鏈上的一個節點，然后將變更后的信息區塊蓋上時間戳， 打包發送至區塊鏈上。由于區塊鏈的分布式共享技術，隨著時間變化，不斷增加信息。 并且它可以消除批準所需的人工參與和繁重的文書工作, 許多流程都可以在網上進行， 很大程度上的減少了線下流程，增加了文件的流傳速度，提高了工作效率，可進一步簡 化其他管理操作。區塊鏈的數據封存方式特殊，按時間順序依次連接，塊式儲存，因此 對于區塊鏈上的數據溯源較為簡單，區塊上的時間戳、數據地址等信息都可以溯源。依 據這一特性可以完整記錄所有安全活動的相關責任人，并有特殊機制來對安全實施過程 中的權責進行界定。
提高應急管理效率。區塊鏈網絡可以實現點對點傳輸，突發事故的發生需要信息的 上報和反饋，區塊鏈可以縮短傳輸路徑，減少逐級報送審批中安全信息的耗損，提高傳 遞效率。并且區塊鏈上的數據可以保證是真實全面不被篡改的，各應急部門和救援團隊， 可以迅速獲得安全信息，提高對突發事故的認識，為應急提供全面準確的決策
5.1.5基于區塊鏈技術的遠程安全監控
政府遠程安全監控。政府監督部門可擁有較高的權限級別，通過政府部門的節點私 鑰，可查看其它參與生產的各方上傳的安全文檔，包含以下內容：①煤礦企業各單位部 門的資質及業績等；②參與煤礦安全管理人員的資質；③煤礦生產目前安全狀態；④煤 礦生產歷史安全狀態。
政府監督部門可以在安全生產的各個階段檢查其煤礦資料是否合乎規程，在區塊鏈 數據庫上了解煤礦安全事故頻發的環節，并就煤礦生產的薄弱環節進行不定時抽查。在 煤礦安全生產周期內，政府部門節點可以通過審查區塊鏈網絡內的其他節點的資料，確 定其節點資質，如圖 5.8 所示，并且煤礦企業的各種備案以及審查制度都可以在區塊鏈 內完成。煤礦安全生產的所有數據都可以在區塊鏈網絡中體現，并作為備份數據進行永 久保存，不僅提高了煤礦企業和政府部門的辦事效率，也為事后溯源提供了真實可信的 信息，為政府部門對煤礦企業的安全管理抓到重點，縮短了政府部門對煤礦企業的監督 流程，提高了辦事效率，為煤礦信息化提供了保證。
圖 5.8 政府遠程監控流程圖
從人員、設備、環境、組織管理、政府監控五個方面入手，構建了五種典型的應用， 一是應用區塊鏈保障煤礦人員安全素質信息全紀錄，以實現人員素質準確評價，二是應 用區塊鏈技術促進設備全壽命管理，在設備發生故障后，以透明的方式向其他礦井和監 管機構報告井下發生的故障，并在煤礦之間共享信息，實現快速修復設備和準確的故障 記錄，三是應用區塊鏈技術促進煤礦環境安全監測系統，避免第三方對存儲的監測數據 進行惡意篡改，實現安全環境數據溯源，提高監測數據共享的真實系數。四是應用區塊 鏈技術對存儲的煤礦安全制度和技術規范做到各主體及時更新，防止出現安全責任人混 亂。在應急管理中做到信息快速傳輸。五是應用區塊鏈技術對于政府遠程監控中來，實 現政府對煤礦安全生產的實時監控。
5.2例證（以礦井人員定位系統為例）
為了說明區塊鏈模式在現場安全管理可行性，對區塊鏈技術與現有的人員定位系 統進行融合。由上述幾章可知，區塊鏈技術具有真實全面記錄職工安全信息的能力， 構建煤礦職工安全信息鏈條，用以指導和判定職工的安全素養。
5.2.1 礦井人員定位系統安全作用
煤礦井下人員定位系統，工作人員佩戴的電子標簽通過井下監控節點向監控中心 傳送他們的位置信息，實時掌握每個人在井下的位置及活動軌跡，對煤礦的安全信息 管理提供重要技術支撐，其上傳的位置信息就是工人重要安全特征。
系統由井上與井下兩部分設備組成。井上設備主要由監控中心（包括服務器）及 共享網絡終端等組成；井下設備以 CAN 總線作為主傳輸途徑，開發相應的煤礦井下人 員監控節點，配合天線、電子標簽、傳輸介質、中繼器 R 等與監控中心掛接，同時也 與礦井安全監測監控系統實現信息融合，從而實現井下作業人員的定位和安全管理。
5.2.2井下人員安全管理的區塊鏈特性
井下人員定位系統既可以作為職工安全信息的上傳點，為現場調度提供職工工作 地點、路徑軌跡等信息，又可以作為職工安全信息的使用點，根據區塊鏈上記錄的職 工安全信息，判斷該職工是否具有某區域內停留、作業的能力。
為此，可以分別從監控中心、井下接收信號分站、電子標簽以及監測監控系統等 多個方面，圍繞人員位置這個核心信息，為工人行為規定出不同安全規則，分不同區 域實施不同管理策略。
（1）通過監控中心對井下各個區域和巷道進行安全等級劃分，井下各個區域的危 險度是根據礦井災害危險辨識結果評估得出；
（2）井下接收信號分站，對于所覆蓋范圍內人員崗位、人員行為進行管理和控 制，監控區域內安全條件許可的人員行為；
（3）工人下井佩戴的電子標簽是監控工人井下活動行為基本單元，明確規定工人 在井下活動范圍；
（4）安全監測監控系統的環境狀態參數，提供不通區域內設備、環境狀態危險度 等，所記錄的礦壓、瓦斯濃度、機器設備危險程度判斷該區域的危險度等級。
圍繞井下人員位置，上述4 個不同功能系統，形成規范行為信息的區塊鏈密鑰， 劃定井下作業的危險區域通過人員定位系統和煤礦職工安全區塊鏈的融合，將整合后 的人員安全信息錄入到職工的識別卡中，使井下人員定位系統可以讀取區塊鏈上的人 員安全信息，并將井下某區域的危險度錄入到人員定位中。根據各個作業區域的特 點，在其進出口位置，設置相應的報警提示裝置，比如語音提醒，如圖 5.9 所示。因此 在井下人員作業、活動過程中，只要警報器發生提示，說明該職工的安全素質與該區 域的危險度不符，應迅速撤離該區域，有效阻止職工進入或誤入危險區域。
圖 5.9 區塊鏈技術 + 人員定位系統
因此，區塊鏈技術與人員定位系統的融合，大大拓展了井下人員定位系統的功 能，一方面提高了井下作業人員在綜合生產過程中的監察和考勤的效率，為員工考 核、薪酬計算提供有效的作業出勤時間，另一方面，劃分危險區域，設置語音提示裝 置，大大減少因人員誤入危險區域造成的安全事故，減少危險區域帶來的事故，在煤 礦封閉復雜的生產情況下，提醒煤礦職工所屬的生產、活動范圍，實現井下人員自動 化管理。
5.3應用效果對比分析
基于本文構建的煤礦安全信息區塊鏈多存在于理論層面，因此在這一節通過對該 模型使用前后三個方面進行定性分析，評價使用區塊鏈后系統的應用效果。
（1） 煤礦安全信息準確性
目前的煤礦安全信息管理，在發生安全事故后，事后溯源的手段很大一部分要依 賴于安全生產過程中產生的紙質資料。一方面，紙質資料造假容易，紙質時間維度無 從保證，事后補資料的情況依然存在，另一方面，煤礦安全信息存儲不夠全面也影響 對生產過程的判斷。本文利用區塊鏈技術記錄煤礦安全信息，在事故發生后，全面真 實的提供煤礦安全信息，在事故溯源過程中，所有的煤礦安全信息都是真實準確的， 區塊鏈的時間戳為安全信息增加了時間維度，相較于傳統的煤礦安全信息管理，大大 提高了煤礦安全信息的準確性。
（2） 煤礦安全信息對稱性
傳統的煤礦安全信息管理，安全信息由參與煤礦安全生產的各部門單獨記錄，并 且共享困難，管理部門的安全需求和煤礦內各部門內部的安全信息需要信息傳遞，可 能會造成安全信息的缺損、失真，造成安全信息不對稱的結果，不利于煤礦安全管 理。基于區塊鏈技術的煤礦安全信息管理，分布式管理，點對點傳遞安全信息，在煤 礦安全信息傳遞過程中不會造成安全信息的丟失、延誤等問題，提高了煤礦安全信息 的對稱性。
（3）煤礦安全信息安全性
煤礦安全生產是一個復雜的過程，煤礦安全信息的上傳點和使用點眾多，有些部 門在使用安全信息的同時，還要上傳安全數據。傳統用數據中心集散安全信息的方式 在保證信息安全性方面還有很多不足。如果數據中心被破解，整個煤礦的安全信息都 將被篡改、丟失，安全性不足。基于區塊鏈技術的煤礦安全信息管理，分布式、多中 心儲存模式、拜占庭共識算法，防止數據被單點攻擊和惡意篡改，提高了信息的安全 性。
5.4基于區塊鏈的煤礦安全信息管理發展途徑
迄今為止，區塊鏈技術在眾多方向都落地應用，改變了現行的工作方式。基于國 家對于煤礦安全信息化推進的要求，區塊鏈技術在煤礦安全信息管理中應用將成為可 能。這對于煤礦企業的發展和區塊鏈技術的拓展都具有重大的現實意義。在煤礦現有 的大數據、人工智能、物聯網等新型信息技術的基礎上，從政策法規監管、技術發展 與人才培養以及企業信息管理實踐融合三個方面入手，提出進一步的保障措施，滿足 煤礦安全信息管理的要求，提出建議如下：
（1） 政府政策法規監管
區塊鏈是一種新技術，既沒有任何立法或條例可以遵循，也沒有明確的方法將區 塊鏈技術產生的影響納入規范制定。雖然區塊鏈技術在煤礦安全管理中的應用目前仍 處于起步階段，但可以預期，我國將采取更多舉措，健全相應的法律法規和技術標 準，推動區塊鏈技術在法律允許的范圍內實施。
通過對煤礦行業的調研，明確行業規則，深入了解煤礦行業，制定煤礦安全信息 區塊鏈的行業規則。規則中應明確區塊鏈技術的應用范圍，應用節點的選擇標準，信 息傳遞的約束條件，并在整個區塊鏈網絡內達成共識。并且提前明確區塊鏈技術潛在 的道德風險是什么，提前制定預防手段，當參與主體部門違反規則時，對節點部門進 行觸發。
（2） 技術和人才保障
成熟的區塊鏈技術是推進煤礦安全信息區塊鏈的重要保證，所以應大力發展區塊 鏈技術，開始逐步完善煤礦安全管理聯盟鏈的建設。確保煤礦安全信息管理平臺運行 穩定，各部門主要單位可以放心使用該平臺進行安全管理。因此，我們需要不斷加強 技術創新工作，進一步優化人工智能、大數據和物聯網的功能。
完善煤礦企業信息化人才激勵措施，吸引高層次信息化人才去煤礦企業工作。培 養一部分既懂煤礦安全管理又懂區塊鏈信息技術的綜合性人才。推進企業與高校、第 三方機構的合作，為區塊鏈技術在煤礦企業的落地，提供技術支持。
（3）加強區塊鏈與煤礦企業項目的融合
在煤礦安全信息管理中，各主體單位要按照信息化發展的總體要求，以實際行動 促進煤礦安全信息管理工作。例如，在機電設備、物資供應中使用統一的編碼，可有 效實現設備信息的共享，保障安全信息傳遞的準確性，進而加強安全鏈條中各節點部 門安全信息的驗證。在滿足安全信息交換需要的同時，提高煤礦管理效率。
5.5本章小結
（1）在前四章內容的基礎上，本章從人員、設備、環境、組織管理四個方面分析了 區塊鏈應用于煤礦安全信息管理的具體應用機制，并且以人員定位系統為例，驗證了區 塊鏈在煤礦應用的可行性。
（2）從煤礦安全信息準確性、對稱性、安全性三個方面，對區塊鏈技術的應用效果 進行定性評價。
（3）為區塊鏈技術在煤礦安全信息管理中的應用的順利融合，從政策法規監管、技 術發展與人才培養以及企業信息管理實踐融合三個方面提出發展建議。
6結論與展望
區塊鏈、大數據、物聯網等信息技術的高速發展，給傳統煤礦安全管理模式帶來了 巨大沖擊。在煤礦安全信息管理過程中，如何選擇與自身管理過程相契合的信息技術， 為煤礦安全管理決策帶來真實可信的安全信息，調動協調各主體安全信息資源，優化煤 礦全過程安全管理尤為重要。本文以區塊鏈為技術要點，通過分析煤礦安全信息管理的 現狀，及其信息共享特征，構建了基于區塊鏈的煤礦安全信息管理框架模式，并探討了 其運作過程，為煤礦安全信息管理的研究提供了新的思路。本文主要取得結論如下：
6.1 結論
（1）結合相關研究成果，對區塊鏈技術的相關概念、關鍵技術和特有屬性進行系統 分析與提煉；基于煤礦事故致因理論，對煤礦安全信息管理要素和現狀特征進行研判， 重新界定了網絡環境下煤礦安全信息及其管理概念；進一步分析其在煤礦安全信息管理 的契合性及優勢，創新性地提出了基于區塊鏈技術的煤礦安全信息管理方案，為煤礦各 參與主體的安全管理工作提供了新的方向。
（2）提出煤礦安全信息區塊鏈的概念，以區塊鏈為基礎，構建出包含作業層、基礎 設施層、數據層、網絡層、共識層、合約層和應用層的煤礦安全信息管理框架模式。依 據此框架，設計了煤礦安全信息區塊鏈的類型和網絡節點模型，并分析其具體的智能合 約、安全信息收集、安全信息儲存、安全共享流程。
（3）以人員、設備、環境、組織管理、政府監管為例，得出區塊鏈技術可以實現人 員安全素質信息全紀錄設備全壽命管理、實現安全環境數據溯源、煤礦安全制度和技術 規范做到各主體及時更新、實現政府對煤礦安全生產的實時監測等功能；并且以人員定 位系統為例，探討并驗證了區塊鏈在煤礦應用的理論可行性。
（4）基于區塊鏈技術的煤礦安全信息管理模型，對于提高煤礦信息傳遞的效率、保 證信息傳遞的真實性和完整性方面具有重要意義，同時也是促進煤礦企業數字化轉型的 重要途徑。
6.2展望
本文雖創新性的構建了基于區塊鏈技術的煤礦安全信息管理新模式，從理論上解決 煤礦安全信息管理過程遇到的信息失真、共享困難等難題。但是由于區塊鏈技術的先進 性，區塊鏈技術應用于煤礦安全管理仍處于起步階段，將兩者集成的實際應用中還未有 實施先例，區塊鏈嵌入的煤礦安全信息管理平臺還處于理論階段。因此，結合當前研究 的不足對區塊鏈在煤礦安全信息管理中的應用提出以下展望：
（1）從多個角度探究區塊鏈應用于煤礦安全信息管理的影響因素，并對煤礦安全 信息區塊鏈的信息交換標準進行詳細研究，為具體應用的落實提供理論支持。
（2）在基于區塊鏈搭建的煤礦安全信息管理平臺的基礎上，評估區塊鏈應用到煤 礦企業后的綜合效益，比較使用區塊鏈前后煤礦企業的經濟效益、社會效益的差異，進 而評估區塊鏈在安全信息管理中的實際應用價值。
致謝
研究生生活一晃而過，畢業論文的書寫也接近尾聲，在學校所經歷的每一分每一秒 似乎都歷歷在目，這一路上的努力奮斗、為青春拼搏的歲月將成為我一生珍重的回憶。 真心感謝這段美好生活中陪伴我的每一個人，正是因為你們的鼓勵和幫助，我才能戰勝 種種困難，勇往直前。
一晃三年，有幸相遇，良師益友，溫柔歲月。
桃李不言，下自成蹊。感謝我的導師魏引尚教授，三年求學過程中，魏老師對我一 路指導，諄諄教誨，不僅傳授我專業知識，更教導我許多為人處世的道理。本篇論文的 工作是在魏老師的指導下完成的，從選題、收集到最終成稿，魏老師都傾注了許多時間 和精力，及時指導我遇到的各種難題，即使工作繁忙，老師對學生也是有問必答，使得 論文得以完成。畢業在即，謹向尊敬的魏老師致以最真摯的感謝和祝福。
感謝在論文開題、預答辯等各個環節中給予我點撥與幫助的張儉讓老師、吳奉亮老 師、王建國老師、張京兆老師、董丁穩老師，感謝你們的指正與啟發。
青青如夢，歲月如歌。感謝求學途中與我一路走來的各位同窗、朋友，讓我在千里 之外的他鄉亦能感受到溫暖，感謝你們的包容和關懷，是你們讓我困難面前更加勇敢， 挫敗之時不再孤單，快樂時光有人分享，精彩輝煌有人喝彩。
我要特別感謝我的家人給予我的理解和支持，感謝父母這些年來的辛勤勞作與付出， 讓我無后顧之憂的完成學業，在我沮喪、難過的時候，給我最堅實的后盾。在未來的日 子里我會繼續努力奮斗，回報父母的多年付出。
感謝論文寫作期間參閱所有文獻的作者，是大家的學術思想啟迪了我。
同時借此機會，向所有曾經關心、支持和幫助過我的人致以最誠摯的謝意和最美好 的祝愿。
最后向百忙之中抽出時間對本文進行評審并提出寶貴意見的各位專家和老師表示 衷心的感謝。
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