其实煤球炉的应用在古代已经出现了萌芽，据明科学家宋应星著《天工开物》记载，当时炼铜是用“碎如粉”的煤面掺泥加工成煤饼作为燃料使用的。这种煤饼，因其块度大，便于通风，所以“不用鼓风”即可充分燃烧，炉火从早到晚“通红”，古可称为“自风煤炭”。这样的煤饼，和蜂窝煤的原理如出一辙，而且是在工业上大批量使用的。
小店煤矿的储量尚未探明，但是已经开采的不过是竖井南部很小一部分的煤层。
李志的要求不高，只要通过一点点促进，是唐代煤矿的开采水平达到宋朝，最好能达到明朝的水平，就可以使产量上一个台阶，并且在全国进行推广。改变唐朝只有铜矿铁矿石用煤炭当燃料的落后局面。在宋朝，煤矿的竖井的深度最多能达到两百米，可以说是非常深了，煤炭资源的探矿，开采能力，都得到了极大的提高。
地底下的工作环境是非常恶劣的，据宋代煤井遗址考证，巷道上宽不过一米，下宽不过一米四，高不过一米五，稍微正常的身高，都直不起腰来。小店煤矿进行一次扩建以后，竖井的墙壁使用砖石水泥进行了加固，李治在并州西面山脚下新设了一个工坊，借并州铸钱监的人力物力，烧造水泥，铁器，支援小店村煤矿的技术改造。扩建以后，竖井的直径扩大到六米，新建了运载的升降梯，一次可以供五人上下。
为此，李志专门让人用小高炉开了一次炉，出了一炉熟铁水，浇铸了一批滑轮组，提高了升降梯的运输效率，淘汰了木制轱辘。
中国古代的升降装置，就是常见的旧式水井上的轱辘，三只脚或者四只脚，只有一个杠杆比。而李志在井口新设了一个支架，使用滑轮组配合手摇轱辘进行升降。一次足以升降一吨重的物体。
此外专门制作了一批竹篾头盔，称其安全帽。帽子前方可以放一截烛火，当作照明用。这一批工具一出现，就得到了矿工们的喜爱。往日矿井巷道低矮，磕破头者大有人在，采用安全帽以后就再也不会满头是包的滚回家了。
下井的工人，都是小店村里的家生奴，李志叮嘱要善待这些人，并且鼓励白老头多买点奴仆来下井干活。毕竟对于有身份的良民而言，下井还是很可怕的事情，各种鬼怪，黄泉的传说，都告诉人地下不是好地方——是死人才呆的地方。
在改善运输环境以后，李志下了一次井，实际勘察了井下工作面的情况。这一口煤井下的煤层埋藏浅，煤层厚，上下皆是页岩，顶板坚固，开采条件十分简单。宋代的时候，人们已经知道煤炭多伴随页岩而生，并且称煤层为碳脉，露头的煤层成为碳苗。而最迟明代的时候，人们已经知道风化作用会损害煤的价值，会主动避开已经被风化作用侵蚀的煤层，转为开采更深处的煤层。
河南鹤壁市曾发现过北宋晚期的采煤遗址，这里的竖井深度达46米，巷道长度超过了五百米。但是顶板并没有采取支撑。巷道挖在很厚的自然煤层中，在巷道的交叉口，有很多放置灯盏的壁砻。
参考现代矿井的通风和运输布置，李治通过勘测，发现小店村煤矿的煤层面积相当大，南北基本呈水平分布，东南方向东边以5度的角度下沉。因此他在原来井口东方八百米的距离，再往下打两个井口，一个作为主井，一个作为副井。两个井同时掘进，达到上层煤层的下部，大概是地下十五米的深度，然后在水平联通，这样，一口井进风，另一口井出风，就能在井下形成良好的通风。时至今日，矿井开掘的基本原则，都是同时掘进，尽快打通风路为第一目标。
在入口的主井和副井下面，开挖一个稍微大一点的空间，用来储存挖出来的煤炭和煤层的渗水。在主副井口有升降梯，鼓风机，排水渠道。
掘进到主井下的储藏区以后，然后在东西方向向原来的井口方向，开掘两道平行的，沿煤层倾斜方向走向的巷道，其中一条巷道中铺设两排铁轨，可以通过四轮小车，用以运输采下的煤炭。这两条巷道每开凿一段，便左右联通，用以形成循环的风路，确保井下通风。
这两条巷道直接通到最开始的井口。这个井口在第一阶段的开采中还可以用作运煤上下的通道，当采掘工作逐渐沿着煤层往东推进以后，就改用新开的井口运输。而原有的井口仅仅用于排出乏风。
然后从东西方向的主巷道为基线，将这八百米的距离分成每二百六十米左右长的三段，在起点和第一分段点开凿两条南北向的巷道。在这两条巷道之间，就是沿着煤层走向的采掘工作面，工人们在这个工作面架好防护支架，然后用传统的掏槽法，把煤炭运到巷道的小车上，然后用绞盘牵引，将它拖到井下储藏间。煤炭在这里卸车，然后通过升降梯升上地面。
因为自然的走向和倾斜，煤层中的瓦斯会沿着风路最快的排出，而渗水则会沿着地形，往下流到标高最低的主井井口的储水池，然后通过大牛皮水囊排出地面。
在这个结构的设计下，这一片煤田，大小约零点八平方公里的厚两米的煤层，以煤炭密度1.8，开采率80%计算，总共有230万吨（38.4亿斤）的可开采量。用现在的煤价680元一吨，这可是15亿6千万人民币啊！难怪煤老板都这么有钱。现在的小煤矿大约就是30万吨左右的年生产能力，就这样也足以让小店村煤矿开采个七八年了。
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