Al mismo tiempo que Ferrocarriles del Norte profundizaba el primer pozo vertical en Barruelo (el Pozo Bárbara), Esperanza de Reinosa hacía lo propio con el Pozo Rafael en Vallejo de Orbó.
Se construyó en 1874 con una profundidad inicial de 112 metros y caña de sección cuadrada, sobre la mina de montaña de San Ignacio que se encontraba a 12 metros por debajo del brocal del pozo.
La evacuación del agua comenzó a ser un problema, por lo que cuando Mariano Zuaznavar se hace responsable de la explotación en 1979 acomete una serie de mejoras. Entre ellas, la más famosa es el planteamiento y construcción del Canal subterráneo de Orbó. Este parte de la cota 112 del Pozo Rafael y tras 1.775 metros de longitud sale en las inmediaciones de la estación de Cillamayor, donde se haría una selección del carbón.
En 1901 se hizo una reprofundización hasta el llamado primer piso, que se encontraba a 150 metros de profundidad. También se renovaron la máquina de extracción y las calderas y se dio un nuevo transversal. A medida que se accedían a nuevas zonas de explotación, se extraía más y más carbón y la empresa decide invertir en el pozo.
En 1907 se llega al segundo piso, situado a 230 metros y tan solo un año después se alcanza el tercero, a 310 metros.
En 1909 el Marqués de Comillas vende las minas a Carbonera Española, que será la encargada de modernizar las instalaciones, de cambiar la máq1uina de extracción y de introducir los martillos neumáticos. En años sucesivos se construyen diferentes edificios alrededor del castillete de ladrillo, se cambian las bombas y se instala la central termoeléctrica. En 1916 se electrifica el nivel del Canal, sustituyendo la tracción animal por un «trolley» para extraer los vagones cargados de carbón.
Entre 1926 y 1928 se volverá a reprofundizar el pozo, pero se hará con un contrapozo situado a 350 metros de la caña principal. Allí se darán 2 pisos más (el cuarto y el quinto) con profundidades de 374 y 438 metros respectivamente. Por debajo se encontraba la caldera que contaba con 14 metros.
En esos mismos años, la propiedad de las minas pasa a manos de Minas de Barruelo, que continuará haciendo mejoras en las instalaciones y se hará cargo de las mismas hasta 1965. Es ahí cuando se venden las minas a Hullera Vasco Leonesa, que cerrará el Pozo Rafael en 1969.
La caña es de sección cuadrada y mide 3 metros de lado. Por ella subían las jaulas con un solo vagón y tiradas por un cable plano. La máquina de extracción que había en 1927 era de vapor, con un motor horizontal de 2 cilindros y una potencia de 100 HP. Luego se instaló una máquina eléctrica. La última que se utilizó tenía una potencia de 150 cv y estaba alimentada a 500 V.
Como dato curioso, conservó hasta su clausura las guiaderas de madera que aún hoy se pueden observar.