Sachverhalt:
A. Das Bezirksgericht Zürich verurteilte X._ am 13. Juli 2009 wegen schwerer Widerhandlung gegen das BetmG (Import von mindestens 154 kg Kokain), Urkundenfälschung, Geldwäscherei und Verstosses gegen die AHV-Gesetzgebung zu 14 Jahren Freiheitsstrafe und Fr. 500.-- Busse. Zudem auferlegte es ihm eine staatliche Ersatzforderung von Fr. 50'000.--.
Auf Berufung des Verurteilten setzte das Obergericht des Kantons Zürich am 20. September 2010 die Freiheitsstrafe auf 12 Jahre fest und bestätigte im Übrigen den erstinstanzlichen Entscheid.
B. X._ führt Beschwerde in Strafsachen und beantragt im Wesentlichen, das angefochtene Urteil sei aufzuheben und er sei wegen schwerer Widerhandlung gegen das BetmG (ca. 9 kg Kokain) mit einer Freiheitsstrafe von 3 Jahren zu bestrafen, wovon 2 mit bedingtem Strafvollzug.

Erwägungen:
1. Der Beschwerdeführer beantragt, gemäss Art. 6 Abs. 1 EMRK sei eine öffentliche Verhandlung durchzuführen und er sei persönlich anzuhören.
Nachdem der Beschwerdeführer im kantonalen Verfahren zweimal in einer öffentlichen Verhandlung angehört worden war, verschafft ihm die EMRK vor Bundesgericht keinen erneuten derartigen Anspruch (Mark Villiger, Handbuch der Europäischen Menschenrechtskonvention, Zürich 1999, 2. Auflage, N 444 ff.).
2. Der Beschwerdeführer macht geltend, die Vorinstanz habe im Anschluss an die Berufungsverhandlung vom 9. März 2010 zusätzliche Beweismittel in Form eines Gutachtens eingeholt und bloss ca. 9 Tage nach dem zweiten Teil der Verhandlung vom 20. September 2010 das begründete Urteil von fast 50 Seiten ausgefertigt. Das bedeute aber, dass die Vorinstanz das Urteil bereits gefällt und begründet gehabt habe, bevor der zweite Teil der Berufungsverhandlung stattgefunden habe. Mit dieser Voreingenommenheit habe sie seinen Anspruch auf ein unabhängiges Gericht verletzt (<ref-law>, Art. 6 Ziff. 1 EMRK).
Der Vorwurf ist unbegründet. Nachdem die Ausführungen des Beschwerdeführers offenbar die Indizienkette des vorinstanzlichen Referats nicht ernsthaft in Frage zu stellen vermochten, hatte die Vorinstanz lediglich noch die Ergebnisse der zweiten Verhandlung ins Urteil einfliessen zu lassen. Eine Voreingenommenheit des Gerichts ist nicht ersichtlich. Der Umstand, dass die Vorinstanz ein Gutachten einholte, zeigt vielmehr, dass sie Fakten vertieft abklären liess, die der Beschwerdeführer unterschiedlich interpretiert hatte.
3. Im vorinstanzlichen Verfahren hatte der Beschwerdeführer insbesondere in Frage gestellt, dass die am 7. Februar 2007 sichergestellte Kartonschachtel mit dem Cargologic-Kleber, worin sich mindestens 133 kg Kokain befanden, von seiner Y._ Import GmbH importiert worden sei.
Die Vorinstanz holte bei der Eidgenössischen Zollverwaltung ein Gutachten ein und kam zum eindeutigen Schluss, "dass die Codes auf der Kartonschachtel und auf dem Telex-Ausdruck zum Air Waybill Nr._ die gleiche Warensendung beschreiben. Diese Erkenntnis ist nun aufgrund der detaillierten Beantwortung der Fragen für das Gericht nachvollziehbar und plausibel (Urk. 84). Insbesondere gewisse Detailfragen, welche von der Verteidigung in ihrem Plädoyer aufgeworfen wurden (Urk. 73), konnten klar beantwortet werden. So die um eine Stunde unterschiedlichen Zeitangaben auf der Etikette und dem Telex-Ausdruck konnten geklärt werden (Urk. 84 S. 2 und 4). Es ist somit nachgewiesen, dass die Schachtel mit dem Cargologic-Kleber aus der Luftfrachtsendung mit der AWB Nr._ stammte, welche im Namen der Y._ Import GmbH, der Firma des Beschwerdeführers, im Januar 2007 am Flughafen Zürich eintraf und dort vom Mitangeklagten M._ abgeholt wurde" (angefochtener Entscheid S. 16 lit. bb/cc).
Mit diesen Ausführungen setzt sich der Beschwerdeführer nicht auseinander. Er zeigt nicht auf, inwiefern die Schlussfolgerungen der Vorinstanz haltlos sein sollen, sei es gestützt auf die von ihr erwähnten oder auf andere Akten. Dasselbe gilt für seine übrigen Vorbringen, mit denen er lediglich seine eigene Sicht der Dinge der vorinstanzlichen Beweiswürdigung gegenüberstellt. Damit erschöpfen sich die Ausführungen (Beschwerdeschrift S. 5 ff. Ziff. 3-49) in appellatorischer Kritik, worauf nicht einzutreten ist.
4. Der Beschwerdeführer rügt im gleichen Zusammenhang, die Vorinstanz habe ihre Begründungspflicht verletzt, weil sie sich nicht zur Frage äussere, ob die erwähnte Kartonschachtel tatsächlich im Rahmen der Hausdurchsuchung bei M._ sichergestellt worden sei (Beschwerdeschrift S. 15 Ziff. 22).
Die Rüge ist offensichtlich unbegründet. Die Vorinstanz führt dazu aus: "Es handelt sich dabei um eine Kartonschachtel (...), auf der sich ein Cargologic-Kleber befindet. (Die Kartonschachtel [...] befindet sich im Original in einem mit Spurensicherungs-Leuchtband umwickelten und etikettierten Spurensicherungssack bei den Akten.) Sie wurde am 7. Februar 2007 in der Garage des Mitangeklagten N._ von der Polizei sichergestellt (Urk. 5/2 i.V.m. Urk. 2/2 S. 45 ff. zu Proz.-Nr. DG090071; vgl. auch Anhang 4 zu Urk. HD 3/5). Das ergibt sich nicht nur aus der mit Kugelschreiber auf dem Deckel handschriftlich angebrachten Aufschrift 'aus Garagenbox', sondern auch aus zwei vom Staatsanwalt in der vorinstanzlichen Hauptverhandlung eingereichten Fotos (Prot. I S. 58f. i.V.m. HD 42). Diese Fotos wurden am 8. Februar 2007 angefertigt (Urk. HD 43 S. 5 i.V.m. Prot. S. 59) und nicht am 11. April 2008 wie dies der Beschwerdeführer behauptet (Prot. II S. 33)" (angefochtener Entscheid S. 13).
5. Betreffend die Einfuhr von mindestens 12 kg Kokain in flüssiger Form in Rumflaschen macht der Beschwerdeführer geltend, dies könne ihm nicht rechtsgenüglich nachgewiesen werden. Die Belastungszeugin habe ausgesagt, dass er sie bloss gefragt habe, ob sie jemanden kennen würde, der Drogen aus einer Flüssigkeit extrahieren könne (Beschwerdeschrift S. 27 ff. Ziff. 49-56).
Die unbestrittenermassen glaubwürdigen weiteren Aussagen der Zeugin, "sie seien zusammen in einer Bar gewesen und er habe ihr gesagt, das Kokain sei in seinem Lieferwagen", und "er habe ihr gesagt, dass es in diesen 'Brugal'-Rumflaschen drin sei" (angefochtener Entscheid S. 28 lit. d), übergeht der Beschwerdeführer geflissentlich. Inwiefern gestützt auch auf diese weiteren Aussagen die vorinstanzliche Schlussfolgerung willkürlich sein sollte, legt der Beschwerdeführer nicht dar.
Im gleichen Zusammenhang wirft er der Vorinstanz ungerechtfertigterweise vor, sie begründe nicht, weshalb die Zeugin des Spanischen mächtig sein solle, um den Unterschied zwischen 2 und 12 bzw. 6 und 16 zu hören. Die Vorinstanz hält nämlich fest, dass die Zeugin jahrelang eine Beziehung mit einem Dominikaner unterhalten habe (a.a.O., S. 28 lit. e).
6. Zur Rüge des Beschwerdeführers, das Anklageprinzip sei verletzt, führt die Vorinstanz aus, angesichts der anderen nachgewiesenen Drogeneinfuhren, die als Lebensmittelimporte getarnt gewesen seien, sei klar, dass es sich auch bei den Importen vom 17. August und 22. November 2006 um solche getarnte Drogeneinfuhren gehandelt habe. Insofern habe der Beschwerdeführer gewusst, was ihm vorgeworfen werde. Dass die Drogenmenge nicht konkret angegeben worden sei, stehe dem nicht entgegen. Denn der diesbezügliche Anklagepunkt habe bloss dazu geführt, dass die mengenmässig belegte Einfuhr von Kokain mit dem Zusatz "mindestens" ergänzt worden sei.
Die Argumentation des Beschwerdeführers, die fehlende Mengenangabe verletze den Anklagegrundsatz, geht an der Sache vorbei, da die Vorinstanz gerade nicht von einer bestimmten Menge Kokain ausgeht. Willkürfrei hält die Vorinstanz fest, der Mitangeklagte M._ habe ab August 2006 für den Beschwerdeführer die Verzollung und Lieferung von Waren vorgenommen und sei dafür jeweils mit etwa Fr. 6'000.-- bis 8'000.-- entschädigt worden, wobei er die Höhe der Entschädigung mit einer Risikoprämie wegen des illegalen Inhalts erklärt habe (angefochtener Entscheid S. 20 lit. e). Dass es auch bei den Lieferungen im Jahre 2006 jeweils um "eine grosse Menge", d.h. um mehr als 18 Gramm (<ref-ruling>), ging, war dem Beschwerdeführer bekannt, ansonsten er - angesichts des Grammpreises für Kokain im Zwischenhandel - nie derart hohe "Entschädigungen" hätte zahlen können.
Der Anklagegrundsatz ist nicht verletzt.
7. Die Vorinstanz begründet die Vorwürfe der Geldwäscherei und der Urkundenfälschung detailliert und geht dabei auch auf die Einwände des Beschwerdeführers ein. Mit diesen Erwägungen setzt sich der Beschwerdeführer nicht auseinander. Mangels rechtsgenüglicher Begründung ist auf seine Vorbringen nicht einzutreten.
Der Hinweis des Beschwerdeführers auf <ref-ruling> geht fehl. Dort ging es um einfache Einzahlungen auf das persönliche Bankkonto am Wohnort, das dem üblichen privaten Zahlungsverkehr dient. Beim Beschwerdeführer war keine dieser Voraussetzungen erfüllt.
8. In Sachen Widerhandlung gegen die AHV-Gesetzgebung bringt der Beschwerdeführer nichts vor, das die Vorinstanz nicht bereits zutreffend entkräftet hat. Darauf kann verwiesen werden. Im Übrigen ist seine Behauptung, er habe die Arbeitgeberkontrolle nicht wissentlich verunmöglicht, offensichtlich falsch. Für das Einreichen der notwendigen Unterlagen hatte er selbst um eine Fristverlängerung ersucht, die ihm - unter Androhung einer Strafanzeige bei unbenütztem Ablauf - auch gewährt wurde (Akten des Obergerichts, act. 66 S. 46 f. Ziff. 3).
9. Der Beschwerdeführer beanstandet die vorinstanzliche Strafzumessung. Die Ausführungen zu seiner Rolle im Kokainhandel und zu seiner Kenntnis der importierten Kokainmengen erschöpfen sich jedoch in appellatorischer Kritik. Darauf ist nicht einzutreten. Seine übrigen Vorbringen lassen keine Rechtsverletzung erkennen.
10. In seiner persönlichen Eingabe vom 26. Oktober 2010 macht der Beschwerdeführer Unregelmässigkeiten im Untersuchungsverfahren geltend und nimmt selbst eine Beweiswürdigung vor (act. 9). Da er sich jedoch mit den vorinstanzlichen Erwägungen nicht auseinandersetzt, genügen seine Ausführungen den Begründungsanforderungen an Verfassungsrügen nicht. Darauf ist nicht einzutreten.
11. Die Beschwerde ist abzuweisen, soweit darauf eingetreten werden kann.
Der Beschwerdeführer stellt ein Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege. Da seine Begehren von vornherein aussichtslos erschienen, ist das Gesuch abzuweisen (<ref-law>). Bei der Bemessung der Gerichtsgebühr ist jedoch seinen finanziellen Verhältnissen Rechnung zu tragen.
Mit dem Entscheid in der Sache ist das Gesuch um sofortige Haftentlassung gegenstandslos.

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege wird abgewiesen.
3. Die Gerichtskosten von Fr. 1'600.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
4. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Zürich, II. Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 29. März 2011
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Der Gerichtsschreiber:
Favre Borner