调查报告披露,两车追尾碰撞后,甲醇形成流淌火迅速引燃了两辆事故车辆(后车罐体没有泄漏燃烧)和附近的4辆运煤车、货车及面包车,由于事发时受气象和地势影响,隧道内气流由北向南,且隧道南高北低,高差达17.3米,形成“烟囱效应”,甲醇和车辆燃烧产生的高温有毒烟气迅速向隧道内南出口蔓延。
根据调查报告,当时隧道内共有87人,部分人员在发现烟、火后驾车或弃车逃生,48人成功逃出(其中1人因伤势过重经抢救无效死亡)。
调查报告称,事故发生后,山西省公安厅组织开展遇难人员数量和身份核定工作。先后在隧道内搜寻到12具遗骸,并对隧道内清理出的42辆车辆残骸、1000余吨煤炭及其他残留物进行反复筛查,提取检材。在国务院安委会工作组(事故调查组成立后在事故调查组)及有关专家的督促指导下,公安机关通过DNA反复检验、人类学骨骼鉴定、收集家属寻亲信息、车辆信息、同车人证明、手机信息验证和大情报系统比对等综合技术手段反复核查,于3月11日,确认这起事故死亡和失踪人数已超过30人,为特别重大事故。截至3月17日,最终确认在这起事故中有40人遇难,并对遇难者身份全部予以确认。