El pozo maestro de la mina de Arnao se encuentra debajo del castillete, de madera, que todavía se conserva. Engoblado dentro del museo, es visitable entre el exterior y el nivel del mar. Considerado el primer pozo vertical de Asturias, su profundización es un hito destacable dentro de la historia de la minería de carbón, por varias razones: su profundización fue muy anterior a la del resto de pozos verticales de Asturias. Y se realizó alejado de las cuencas mineras asturianas. Lo que Faustino Suárez Antuña denomina "espacio ultraperiférico" en La organización de los espacios mineros de la hulla en Asturias.

Su brocal se sitúa en lo alto del escarpe, en la plaza de la mina, a una cota de 19,20 m. En esta cota se situaba el enganche (embarque) exterior, que estaba conectado con la fundición de zinc por una línea de ferrocarril. El enganche interior se situó a una cota de -56,50 m. Entre ambas cotas se situaron varios enganches intermedios, destacando el situado al nivel de la playa, denominado "sobordo". Según Moncada, el sobordo se halla «3 metros más alta que la pleamar equinoccial».

Por planos antiguos, había enganches intermedios en los niveles -30,67 m y -43,16 m. De la misma manera, el pozo tenía una caldera hasta el nivel -63,50, donde existía un depósito de agua.

Contrariamente a la concepción moderna de los pozos de extracción, el de Arnao no se proyectó ni se ejecutó para alcanzar el nivel más bajo del macizo a explotar. Se concibió y ejecutó como un elemento intermedio entre el valey de extracción y el exterior, aunque en un primer momento se utilizó únicamente para el transporte de las explotaciones por encima del nivel del mar, hasta que se puso en funcionamiento la parte submarina. El pozo se bajó hasta la capa y en ese nivel se instaló la máquina de accionamiento del plano inclinado del valey.

El pozo, de sección cuasirrectangular, de 4,9 m × 1,9 m, estaba dividido en 3 secciones. Las dos más cercanas al mar se dedicaban a la extracción mediante jaulas y la tercera, interior, contenía la tubería de desagüe y las escalas de personal. En su momento contuvo el tirante que accionaba las bombas interiores.

Las jaulas eran movidas por una máquina de vapor, desgraciadamente desaparecida, de dos cilindros horizontales, con bielas a 90º. Accionaban dos bobinas de madera y 8 aspas en las que se arrollaban los cables planos vegetales que movían las jaulas. Según F-Miranda et al, cada jaula colgaba de cuatro cadenas que se unían en una que era la que se unía al cable vegetal. Quizás este es el motivo que ha llevado a algunos autores a decir que el pozo de Arnao contaba con cadenas para mover las jaulas.¹

Este cable plano era de cáñamo según Centeno (1865), de pita según Gómez et al (1884) y de abacá según F-Miranda et al (1903). Centeno indica que era más adecuado que uno de acero porque estos no muestran en su aspecto exterior el estado del cable, lo que los vegetales sí hacían. Moncada explica la estructura de un cable plano: los hilos se forman con varias hebras o fibras retorcidas, que a su vez forman un cordón o ramal. Los ramales se colocan yuxtapuestos y se cosen entre sí para formar una faja o cinta. Pérez Moreno indica además, en 1857, que las medidas del cable (de cáñamo) iban a ser de 0,16 m de ancho y 0,04 de espesor.

Las jaulas eran de hierro, con capacidad cada una para un único vagón y estaban guiadas en diagonal. Es decir, las guiaderas estaban en dos esquinas opuestas de cada jaula.

Ginés Moncada (1912) describe el método de explotación en la mina de la RCAM:

Desde el valey se trazaban 2 galerías que delimitaban superior e inferiormente el panel a explotar. El panel se dividía a su vez en dos mitades mediante un nivel intermedio, y cada mitad a su vez en dos mitades mediante su correspondiente nivel.

Los niveles intermedios se comunicaban con las galerías mediante planos inclinados automotores denominados frenos. Los frenos eran simples (de una sola vía) o dobles (de dos vías). Los simples servían para la bajada de relleno para los talleres y los dobles para la subida de vagones vacíos a las galerías intermedias y para la bajada de los vagones cargados de carbón. La diferencia de peso entre los vagones cargados y los vacíos permitía el ascenso de estos mientras subían aquellos.

La utilización de los frenos permitían disminuir el número de enganches en el valey: el relleno entraba por la galería superior y la producción, los vagones cargados de carbón, salía por la inferior, sin necesidad de enganches en los niveles intermedios. Así mismo se reducía el mantenimiento de galerías al abandonar los niveles intermedios y sólo conservar las galerías con enganches al valey.

La explotación se realizaba en retirada: El carbón se explotaba empezando por la parte más alejada del valey, al final de las galerías en dirección al plano inclinado.

El método de explotación utilizado en la última etapa de actividad de la mina era el conocido como tajos ascendentes. Cada tajo tenía un ancho de 3 metros, según la dirección de la galería y toda la altura de la capa. El tajo se explotaba en dirección ascendente según la pendiente de la capa. El hueco dejado por el deshullamiento de la capa se rellenaba con menudo de caliza contenido por un muro de mampostería en seco de piedra caliza de buena calidad, de un metro de espesor, del lado del tajo. Los tajos de los diferentes macizos se llevaban con cierto espaciamiento entre ellos, de manera que el superior siempre fuera más adelantado (más cercano al valey) que el inferior para reducir los gastos de conservación de las galerías.

Cada tajo se picaba en dos turnos, día y noche, por una pareja de picadores. El ciclo de arranque comenzaba en el turno de noche. La pareja pica en la parte superior del tajo una profundidad de 0,8 m y una altura de 1,50 m a lo largo de todo el ancho, y colocan la trabanca empotrada en el muro de caliza y sujeta en el carbón por una balsa y apretada con una cuña. Además embastonaban entre trabanca y trabanca para prevenir desprendimientos del techo.

El carbón arrancado queda en el sitio a la espera del turno de día, sirviendo de andamio.

La pareja de día rasgaba la parte inferior del tajo y coloca el poste o pie derecho del lado del carbón, y en caso necesario otro en el lado del muro de caliza.

El carbón arrancado era paleado hasta la galería o nivel inferior. Debido a la poca pendiente de la capa las vías podían penetrar un poco dentro del tajo. Este trabajo era realizado por 3 paleadores como máximo, por lo que los tajos no podían tener una longitud superior a 25 metros, lo que significaba una producción de 24 vagones de 800 l por tajo.

Una vez que el tajo alcanzaba la galería o nivel inmediatamente superior el hueco producido se rellenaba inmediatamente con zafra introducida por el nivel superior.

Se construía un muro de 1 m de espesor con mampostería en seco de piedra caliza de buena calidad, de un metro de espesor, rellenándose el hueco restante con menudo de caliza. Muro y relleno se realizaban simultáneamente de abajo hacia arriba.

Cuando la potencia de la capa era superior a 3 metros, los tajos se dividían en dos zonas. Primero se explotaba la parte inferior de la capa y luego se rellenaba, como en un tajo normal. Posteriormente se montaba el tajo sobre el relleno, y se arrancaba el resto del carbón hasta el techo. El arranque en las dos zonas en una misma capa es simultáneo, con una separación entre ambos de uno o dos tajos de distancia, con el fin de mejorar el sostenimiento.

Los vagones cargados se reunían en el enganche de la galería inferior, y desde allí son arrastrados hasta el nivel del enganche inferior del pozo. Desde allí son elevados hasta la superficie en las jaulas.