У вас есть дополнительный уровень списков, который вам не нужен, поэтому, когда вы думаете, что получаете значение int, вы все равно получаете список.
Измените mainlist = [[lst2], [lst2], [lst3]]
на mainlist = [lst2, lst2, lst3]
mainlst = [[lst1], [lst2], [lst3]]
[[[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]],
[[10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]],
[[20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29]]]
mainlst = [lst1, lst2, lst3]
[[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9],
[10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19],
[20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29]]