Kolen uit Europese en Amerikaanse mijnen waren de universele brandstof van de industrialisatie – toch speelden technische innovaties in de geschiedenis van de mijnbouw lange tijd geen rol van betekenis. De oorzaak was het voortdurende overschot aan arbeidskrachten: de mijneigenaren konden grotere winninghoeveelheden gewoon door het in dienst nemen van nog meer arbeiders bereiken. Om diezelfde reden konden ze zich ook langdurig aan een verbetering van de catastrofale werkomstandigheden onttrekken. 

Zo bleven de technische ontwikkelingen van de middeleeuwen, die vooral uit de zilver- en goudmijnbouw van Midden-Europa stamden, eeuwenlang richtinggevend. Energie werd door waterkracht geleverd: om het water dat tot diep in de mijnen doordrong naar boven te krijgen, installeerde men boven- en ondergronds grote waterraderen en verbond ze door een vernuftig stangenstelsel met zuigpompen. De gewonnen ertsen werden eveneens door middel van waterkracht naar boven getransporteerd. Later bouwde men stuwvijvers om onafhankelijk te worden van de wisselende natuurlijke waterverzorging: de ‘Okerteich’ in de Harz, ontstaan rond 1720, geldt als de eerste stuwdam van Europa.

In deze tijd waren de vlak onder de grond liggende bodemschatten op veel plekken reeds gedolven; echter, op grotere diepte had men steeds grotere waterraderen voor het aandrijven van de pompen nodig. Een efficiënte oplossing bood de waterzuilmachine die in 1731 in Frankrijk werd voorgesteld: water dat vanaf grote hoogte naar beneden stortte, stootte een zuiger naar beneden die na de werkingsfase werd geleegd en weer omhoog ging. De doorslaggevende innovatiewas echter de stoommachine. In 1712 werd de eerste, ontwikkeld door Thomas Newcomen, in een mijn bij Wolverhampton gebruikt voor het naar boven brengen van mijnwater. Andere Britse mijnen volgden spoedig. De stoommachines van Newcomen verslonden weliswaar enorme hoeveelheden brandstof, maar dat maakte niets uit omdat ze immers direct boven op de kolenvoorraden stonden! Op het continent werden er slechts enkele in de Belgische mijnbouwstreken rond Luik en Mons ingezet. Dankzij verbeteringen aan het model van Newcomen en een nieuwe machine van James Watt won de stoomtechniek rond 1800 terrein. 

De winning van kolen was toentertijd reed de leidende tak van de mijnbouw geworden. In Groot-Brittannië was het al in 1709 gelukt om cokes uit steenkool te winnen. Tegen het einde van de eeuw was de nieuwe brandstof in de ijzersmelterij algemeen goed geworden. Daardoor steeg de vraag naar kolen in Groot-Brittannië enorm: er waren nog meer verbeteringen qua winningtechniek nodig. De winning werd met de stoommachines efficiënter, bovendien verving men de oude hijskabels uit hennep door metalen, die in 1834 in de metaalertsmijnbouw in de Harz waren ontwikkeld. In de Britse kolenmijnen werden de hijsschachten voorzien van liften, en daarbovenop kwamen houten hijsstellingen voor de kabelschijf. 

Bij de luchtverversing werden de nieuwe technische mogelijkheden om puur economische redenen niet omgezet. Verse lucht hadden immers niet alleen de mijnwerkers onder de grond nodig maar daarmee kon ook de concentratie van explosieve mijngassen effectief worden verminderd. Daarom testte men in 1807 in de Britse mijnbouwgebieden luchtpompen; echter, de mijneigenaren vonden de investering te hoog. Zo kwamen er nog steeds veel mijnwerkers bij de explosie van mijngassen om het leven. Ook de open verlichting – kaarsen en olielampen – droeg bij aan het explosiegevaar. De wetenschapper Humphry Davy ontwikkelde in 1815 een eerste doeltreffende veiligheidslamp waarvan de vlam door een flinterdun gaas van het mijngas werd afgeschermd. 

Het werk onder de grond bleef levensgevaarlijk en extreem slecht voor de gezondheid: door het risico van mijngasexplosies of instortende mijngangen en door het slopende, krachtenvretende werk zelf dat veelal met de hand gebeurde. De houwer werd met een houweel, breekijzer en vuisthamer gangen ingestuurd die onvoldoende waren beveiligd, onvoldoende van verse lucht werden voorzien en maar zo hoog waren dat hij er net in kon liggen. De kolen kwamen dan voor het transport in korven of op lage wagens. Deze ‘honden’ werden door paarden over houten of ijzeren rails getrokken – voor zover de gangen hoog genoeg waren: anders moesten mensen de wagens duwen en trekken. In Britse kolenmijnen moesten vaak ook vrouwen en kinderen, kruipend op handen en voeten, kolenlasten van tot wel 250 kilo transporteren. 

Sinds het begin van de 19^e eeuw werden er talrijke nieuwe winningmachines gepatenteerd. De Engelsman Richard Trevithick vond een roterende, door stoom aangedreven boor uit, daarna volgden zuigerboren volgens het voorbeeld van de stoommachine. De machines zouden het werk van de houwer minder zwaar hebben gemaakt, maar de mijneigenaren vonden de kosten voor de energieverzorging onder de grond te hoog. Vooruitgang bracht pas de persluchtaandrijving, die voor het eerst in 1853 werd ingezet. 

Sinds de jaren 1840 ontstonden er vooral op het continent massieve schachttorens van gemetselde natuurstenen of bakstenen. Zij konden de trekkrachten van de hijskabel die steeds dieper de grond in ging, beter opvangen dan de oude, houten constructies. De ‘Malakow-torens’, genoemd naar een fort op de Krim, moesten vaak al na enkele decennia met een stalen geraamte worden verhoogd – tot men ze aan het eind van de eeuw uiteindelijk door nog hogere stalen constructies verving. 

Rond 1900 drongen in de VS en in Groot-Brittannië geleidelijk onderzaagmachines (schraammachines) door, een ontwikkeling van Britse vernieuwers: voorzien van beitels op beweegbare schijven, stangen of kettingen, sloegen de machines onder de kolen de ‘schraam’ in het gesteente: een horizontale gleuf die de winning van het kolen vergemakkelijkte. Dit betekende een fysieke ontlasting voor de mijnwerkers maar ook een nieuwe bron van geluidsoverlast. Bovendien overstemden ze de geluiden van de deklagen die instortingen aankondigden. In het begin werden de onderzaagmachines met geperste lucht aangedreven. Nadat men in staat was om elektromotoren zo af te kapselen dat er noch vonken noch vuil naar binnen kon dringen, ging men elektriciteit gebruiken. 

Daar waar de kolenvoorraden zachter waren, bleek een door geperste lucht aangedreven delfhamer van voordeel. Deze was in de Belgische steenkoolmijnen ontwikkeld en revolutioneerde na de Eerste Wereldoorlog ook de mijnbouw aan de Ruhr. Geleidelijk aan kwam het eind van het ondergrondse ploeteren met de handen in zicht dat sinds de middeleeuwen haast niet was veranderd. 

De kolen werden van hun delfplaats steeds meer via glijbanen getransporteerd die aan kettingen hingen en met behulp van geperste lucht werden geschud. In de jaren 1920 begon men ermee om mijnen van elektrisch aangedreven transportbanden te voorzien. Door gangen met een grotere doorsnee reden mijntreinen met elektrische locomotieven. Voor de winning gebruikte men in 1934 in Groot-Brittannië voor het eerst een schraamlader die de kolen in een proces kon losmaken en laden. Het alternatief voor zachtere voorraden was de kolenschaaf, getest in Frankrijk en de VS, die door Westfaalse ingenieurs in 1937 rijp voor de serieproductie was gemaakt: hij schaafde de kolen af, terwijl hij langs de kolenwand werd getrokken, en transporteerde de kolen tegelijkertijd op een transportband. Vanaf de jaren 1940 begon men met de compleet gemechaniseerde winning van kolen.